流木堆積による橋脚周りの大規模局所洗堀を予測する数値解析モデルの構築
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21K04284
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22040:Hydroengineering-related
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| Research Institution | Anan National College of Technology |
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Principal Investigator |
長田 健吾 阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 准教授 (30439559)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 義彦 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (70178995)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 水工水理学 / 河川工学 / 流木災害 / 河床洗堀 / 数値解析 / 流木 / 洪水 / 防災減災 |
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| Outline of Research at the Start |
橋脚に流木が堆積することで，橋脚周りでは大規模な局所洗堀が生じ，橋梁の沈下や倒壊などの要因となる．この流木堆積による洗堀の危険性は従来から認知され，これを予測する数値解析モデルの構築は極めて重要な課題であるが，流れ・流木・流砂の相互作用を説明するモデルは，現象の複雑さと計算負荷の大きさから，これまで扱われていなかった．
本研究では，長田らの構築した３次元流木解析モデル（流れと流木の相互作用を考慮）に流砂モデルを組み込み，実験との比較・検証により再現精度を明らかにすることで，流木堆積による大規模局所洗堀を説明する数値解析モデルを確立する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度の基礎的な検討をさらに進化させる研究から実施した．特に非静水圧分布モデルの高度化と流砂モデルの改善について取り組んだ．非静水圧分布モデルに関しては，昨年度はデカルト座標系で簡易に計算するモデルとしていたが，今年度は一般座標系に対応するモデルを構築した．また，流砂モデルに関しては，昨年度構築した解析モデルの非平衡の取り扱いについて不備があることが判明し，非平衡流砂モデルについて全体的な見直しを行った．これら改良・改善を踏まえ，再度，横断遮蔽物を設置した基礎実験データ（昨年度実施）に本解析モデルを適用し，その性能検証を実施した．その結果，本解析モデルにおいて，横断遮蔽物の影響により生じる局所的な洗掘現象を再現できることが明らかとなった．
また，横断遮蔽物に作用する流体力を解析モデルにより算定できれば，橋脚・橋梁の破壊等の判断に活用できると考え，当初予定には無かったが，その検討を実施した．実験として，昨年度と同条件下で横断遮蔽物に作用する流体力の時間変化を測定するための基礎的な実験を追加で実施した．この実験結果と本解析モデルによる流体力算定値を比較した結果，実験では河床洗堀の時間的な発達に伴い，横断構造物に作用する流体力は徐々に減衰していったが，解析モデルにおいてもその傾向を算定することができ，横断遮蔽物に作用する流体力の見積もりに対しても有用なモデルであることが示された．
Schalko博士の実験に対して，本解析モデルを適用し，その精度検証を行った．洗堀深に関しては，一昨年の検討結果に比べると改善が確認できた．一昨年の静水圧近似のモデルでは，流木堆積による最大洗堀深は実験結果（0.13m）の半分程度であったが，非静水圧分布モデルによる改良を行った本解析モデルでは，実験0.13mに対して解析は約0.11mの洗堀深となり，非静水圧分布モデルの導入により精度向上が図られた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
解析モデルに関しては，非静水圧分布モデルの高度化と非平衡流砂モデルの改良により，高度化を図ることができた．また，当初予定はしていなかったが，横断遮蔽物（流木堆積を模擬）の集積による流体力の増加を解析モデルにより見積もることができれば，橋梁被災の判断材料として適切な情報を与えることができるモデルになると考え，追加で実験と解析モデルの検証を実施した．解析モデルは，実験で測定した横断遮蔽物に作用する流体力の傾向について概ね推定が可能であることが分かり，この成果は計画以上の進展であると言える．
当初の目標であるSchalko博士の実験の再現性について検討した結果，改良した解析モデルにおいて一昨年度のモデルに比べると高い性能を示すことが明らかとなった．ただし，流木堆積形状については実験の状況と異なり，また最大洗堀深についても十分な再現精度には至らなかった．これら最終的な見直しが必要と判断し，実施期間の延長を行った．
以上の理由から，計画以上に進んだ点と少し遅れが生じている点を総合判断し，本研究はおおむね順調に進んでいると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
流れ・流木・土砂移動の3者が絡む局所洗掘現象を高い精度を持って再現する解析モデルの構築に向け，Schalko博士の実験データを十分に再現するモデルの完成を目指す．実験データとのずれについて十分に吟味し，解析モデルの課題を見出す予定である．最後に研究成果のとりまとめを行う予定である．
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Report
(3 results)
Research Products
(6 results)
