圧縮性流体の非線形波動方程式を用いた衝撃波力の解析法の開発

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07650591
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 泉宮 尊司 新潟大学, 工学部, 助教授 (60151429)
• Keywords: 圧縮性流体 / 非線形波動 / 地震時動水圧 / 衝撃砕波圧 / 2層混合体

Research Abstract

本研究は,地震時動水圧や衝撃砕波圧現象を統一的に取り扱うことのできる支配方程式を導き,これらの現象に対する流体の圧縮性の効果や非線形性の影響を調べたものである.まず,気泡の混入がない流体に対して,圧縮性を考慮した非線形波動方程式を導き,地震時動水圧に関して,非線形性の影響を調べた.その結果,数Hz程度の地震動では,水面の極近傍以外では,十分小さく無視できることが明かとなった.また,重力項の効果や鉛直振動の地震時動水圧に与える影響も調べた結果,重力項の影響は十分に小さく無視できること,および鉛直振動の効果は以外と大きく,水平振動のみの場合と比べて海底面付近では,およそ1.5倍にもなることが分かった.
衝撃砕波圧の発生のメカニズムを調べるために,直立堤に作用する衝撃砕波圧に関する実験を行った.まず,衝撃砕波圧の発生条件について整理したところ,波形勾配と合田の砕波指標から得られるパラメタの2つ無次元量によって,その発生条件がほぼ特定できることが明かとなった.また,砕波波高を用いた無次元衝撃砕波圧は,後者のパラメタの値が大きくなるほど大きくなることが分かった.衝撃砕波圧のように,気泡混入の影響が無視できない現象には,その効果を取り入れる必要がある.そこで本研究では,気泡の質量保存則と等温変化の状態式を用いて,2層混合体の圧縮性を考慮した非線形波動の基礎式を用いて,1次元ではあるが衝撃圧の発生・伝播計算を行った.その結果,気泡混入率が増加するにつれて最大波圧は小さくなり,また混入率を一定とした場合,気泡径が大きくなるにつれて衝撃圧の分散性が増すことが明かとなった.

Research Products

• [Publications] 泉宮尊司・田辺剛: "地震時動水圧に与える非線形性および重力項の影響" 土木学会海岸工学論文集. 第42巻. 816-820 (1995)
• [Publications] 泉宮尊司・田辺剛: "鉛直加速度を考慮した地震時動水圧の評価" 土木学会海岸工学論文集. 第42巻. 821-825 (1995)
• [Publications] 泉宮尊司・阿部宏之: "海水の圧縮性と鉛直共鳴による海面変動の増幅メカニズム" 土木学会海岸工学論文集. 第43巻. 421-425 (1996)