水-土-根成長練成有限要素法による農業水利施設の植生-地盤相互作用解析
【研究キーワード】
有限要素法 / 接触力学 / 不飽和土 / 成長 / 植物力学 / 根-土接触面 / 数値計算 / 農業水理施設
【研究成果の概要】
植物根は自然斜面や人工斜面において，土粒子を網のような構造で保持しており，結果として斜面の安定化に寄与している．一方で，植物根は荒れ地や農用地では硬い耕盤を破砕したり，土を膨軟にすることもある．両者は植物根の土に対する正/負の補強効果といえるが，その補強効果を見積もり，利用するためには，植物根が成長し土に貫入する過程を力学的に予測・評価する必要がある．本研究を通じて，様々な土壌水分，初期応力分布，境界条件のもとで，任意の形状の植物根について，その成長過程の2次元・3次元数値シミュレーションを行うための数理基盤を整備した．
【研究の社会的意義】
研究成果は，土質力学と植物科学を架橋する領域横断的研究であり，土質力学分野で用いられてきた有限要素法によるシミュレーション手法に，植物科学分野で蓄積のある微視的な組織構造や伸長メカニズムを加えた新たな数理モデル基盤を創出した．また，研究成果の具体例として，実際に実生ダイコン個体の伸長過程シミュレーションを行い，実験結果と比較することで，伸長領域側面の応力状態により植物根の伸長しやすさが異なることや，植物根は，土に三叉状の応力集中箇所を生じさせることで貫入しやすい応力構造を生み出すことが示唆された．今後，エネルギー効率の良い地盤基礎構造物施工技術の開発や，作物栽培・育種への応用が期待される．
【研究代表者】
【研究種目】研究活動スタート支援
【研究期間】2020-09-11 - 2022-03-31
【配分額】2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)