2017 Fiscal Year Annual Research Report
土石流の侵食・堆積に微細土砂の液相化が及ぼす影響の解明と数値計算への適用
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17J08424
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
酒井 佑一 東京大学, 農学生命科学研究科, 特別研究員(DC1)
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2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 土石流 / 混合粒径 / 微細土砂 / 液相化 / 流動機構 / 侵食・堆積 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、土石流の流動抵抗と侵食・堆積に対して、微細土砂の液相化が与える影響を明らかにする。今年度は、微細土砂の液相化が土石流の流動抵抗に与える影響を中心に研究し、様々な粒度分布を用いた土石流の水路実験を行った。
まず、二粒径からなる土石流の流動抵抗の検討を行った。その結果、小粒径側の粒子の液相化は、小粒径側の粒子の幾何学的条件によって単純に決まっているのではなく、運動学的条件によって決まっていることが示唆された。さらに、微細土砂の液相化の割合は、間隙の乱れ速度と粒子の沈降速度の比と正の相関を示した。この関係をもとに液相化する小粒径側の粒子の割合を求めるための回帰式を提案した。本研究で提示された回帰式を用いることで、二粒径からなる混合粒径土石流の流動抵抗を求めることが可能となった。
次に、幅広い粒度分布からなる土石流の流動機構の検討を行った。ここでは、７種類の連続的な粒度分布をもつ土砂を用いて移動床での水路実験を行った。その結果、同一の粒度分布の実験砂においては、流動条件によって液相化割合が異なっており、先の二粒径での実験結果と同様の傾向が見られた。さらに、同一の粒度分布においても、流動条件によって代表粒径が変化することが明らかになった。
また、微細土砂を含む土石流における侵食と堆積の不可逆性について検討するための予備実験を行った。簡単のため、二粒径からなる土石流での実験を行ったが、実験条件によっては河床波が発生し、安定した河床が得られなかった。本来の目的である侵食と堆積の可逆性の検討において安定した河床が得られる必要があることに加え、土石流における河床波についてはほとんど検討されていない未解明な現象であるため、ここでの河床波の発生メカニズムについて検討することは今後の重要な課題であると考えられる。
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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
まず二粒径からなる土石流について検討を行い、小粒径側の粒子の液相化割合が運動学的条件によって決まっていることを明らかにした。さらに、小粒径側の粒子の液相化割合と運動学的条件の関係に基づいた回帰式を用いることで、二粒径からなる土石流の流動抵抗の評価が可能となった。また、連続的な粒度分布をもつ混合粒径土石流についての検討では、同一の粒度分布においても流動条件によって代表粒径が変化することが明らかになった。一方、微細土砂を含む土石流における侵食と堆積の不可逆性については、実験条件によって河床波が生じて河床が安定しないことが予備実験から判明し、当初想定していなかった問題も生じた。しかしながら、この河床波の発生機構の解明は、微細土砂を含む土石流の侵食・堆積機構を検討する上で重要な点であり、今後解決が必要な課題が浮かび上がったといえる。以上のことから、研究課題の遂行はおおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
微細土砂を含む土石流の侵食と堆積における河床波について検討し、その発生機構を明らかにする。その上で、侵食と堆積の不可逆性の検討について、研究計画通りに本実験を行う。
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