本エッセイ第68話で機械系FEMと建設系FEMの主に利用面での相違点を述べておいた。ここでは、少し後者のFEMコードの中身に立ち入った話題を拾ってみたい。建設系とは言っても、建築分野の応力解析は、たいていがフレーム構造を対象とする構造解析なので筆者は改めて特筆するような話題を持っていない。ここでは土木分野に絞っての話題としたい。土木分野の応力解析が、他の分野と極めて相違する解析事情といえば、応力場を求める弾性体-ここでの話は一番ポピュラーな線形弾性体に限定する-として扱う材料にあるかと思う。土質力学や地盤工学といった名称の学問が対象とするのが自然に存在する応力媒体であり、この点が、人工構造物を扱う他の分野と一線を画している。一つ、これは、建築分野と同じ立場となるが、鉄筋コンクリート(RC)である。そこで、FEMの中身に少しでも関心がある方には興味深い話題になるかな、と思って地盤、RCを弾性体材料とするFEM風景を3話続けてみたいと思う。トップバッターは間隙水圧の話である。海洋土木が扱う海洋構造物、陸上でも河川土木が扱うダムや水門といった構造物では当然水圧の影響を考えるのは必須条件である。このとき、FEM解析では、水圧を外力として作用させるのが常識である。これは、造船分野でも同じことであろう。ところが、地盤のような多孔質材料では、弾性体内部に水が浸透してくる、いわゆる地下水の存在を考慮しなければならない。地下水による水圧は単純な外力作用では対処できなくなる。ダムの場合でも、アースダムやロックフィルダムでは、やはり事情は同じである。水が浸透した地盤では、土粒子と水という二相構造の材料となるので、水理学と弾性学の2部門の知識が必要となる。厳密なことを言えば、浸透流解析と応力解析の連成解析を必要とする。地盤沈下などを対象とする圧密解析がこれである。主眼が地盤の応力解析にあるのならば、両解析を独立させる近似解析も考えられる。浸透流解析のアウトプットである間隙水圧をインプットデータにして引き続き応力解析を実施する方法である。言うなれば、熱伝導解析を先行させて、求めた温度分布をインプットデータとする熱応力解析と似た状況である。ところで、間隙水圧という用語であるが、これはもちろん中学、高校の物理で習ってきた静水圧ではないことに注意願いたい-特殊なケースでは、静水圧となるが。当分野に馴染みが薄い方々のため、念のため言っておけば、土粒子間を流れる水から受ける圧力すなわち動水圧のことを言う。間隙水圧に由来する力は、物体粒子個々に作用する体積力(物体力)である、とするのがこの世界の常識とされてきた。一般に体積力は重力がそうであるようにポテンシャルエネルギーの位置変数による勾配である。間隙水圧の勾配が土粒子個々に働く力なのである。