2018 Fiscal Year Research-status Report
多様な流木堆積過程を検討可能な流木対策工設計支援システムの構築
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18K04375
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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) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 水工水理学 / 河川工学 / 流木災害 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
流木による災害を軽減するための流木対策工の設計に対し，河道における様々な流木堆積パターンを検討可能な実用的解析法の構築が求められている．既往の解析法は，流木を剛体（変形なし）として扱うモデルが提案されてきた．しかし，実際に河道を流下する流木群には，幼木など変形する流木が存在し，それらが橋脚や太い流木に絡むことで堆積物を大きくし，災害危険度を増すことがあり，流木の堆積過程を検討する上で，流木の曲げ変形を無視することは出来ない．本研究では，剛体流木および曲げ変形する流木の堆積過程を検討可能な三次元流木解析モデルを開発する．剛体・曲げ変形の両流木材料を用いた流木実験を実施し，本解析法を検証することで，流木群の流下・堆積過程，河道閉塞による水位上昇などに対して十分な説明力を有する解析法を構築する．
一年目は，解析法の概略の構築が主な研究目的である．構築した解析法は，一般河道での流木対策工の設計に役立つ実用的なモデルとするため，流体解析は一般河道への適用を考えた一般座標系平面二次元洪水流解析を用いた．流木は，三次元個別要素法を基盤として，剛体流木の表現には剛体連結モデルを，また曲げ変形を伴う流木は外力の作用によって生じる曲げ変形過程を再現できるように拡張個別要素法を適用することで，剛体・曲げ変形の両流木特性を表現できるモデルとした．剛体モデル解析法の検証として，当初予定にはなかったが，既存の流木捕捉施設への適用を行い，一般河道に対する解析法の精度向上を図った．
当初，直線水路を用いた室内実験を一年目に行う予定であったが，代表者が昨年一年間，海外へ留学したため，直線水路実験に関しては二年目に繰り越して実施する．貯木池実験の施設は，一年目に大まかな製作を終え，予定通り二年目に実験を行う予定である．
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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
一年目の主な目的であったプログラムの構築に関しては，おおむね予定通り，概略を完成することができた．しかし，代表者が一年間海外留学していたことで，解析法の精度を詳細に検討するための室内実験はこれからであり，その点は若干の遅れが生じた．ただし，実際に設置されている貯木施設のデータを用いて，一般河道に対する解析法の適用性を検証できたことで，プログラムや適用する係数などに対して様々な課題が明らかになったことは，今後の研究を深める良いきっかけになったと考えられる．また，海外留学の間，構築したプログラムを用いて，流木以外の河道流下物への適用を行い，その有用性と課題を見出すことができた．このように，当初予定とは少し異なるが，解析法に対する多面的な検討を行えたことで，当解析法の構築に対しての課題が明らかになり，これから実施する室内実験に関しても，より明確な課題をもって取り組むことができ，より汎用性があり，信頼されるプログラムを構築できる可能性が高まった．
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| Strategy for Future Research Activity |
二年目は，一年目で実施できなかった直線水路の実験から行い，直線水路実験で得られたデータをもとに，構築した解析法の検証を実施する．当初計画では，剛体，曲げ変形の材料を混在して行う実験をメインに考えていたが，解析法の精度をアップさせるため（各係数の詳細な検証を行うため）に，剛体，曲げ変形材料の各材料を単独で用いた場合の実験を多く実施する．この実験への適用により解析法の精度を確かめるとともに，必要であれば解析法の見直しを行う．また，貯木池を有する模型水路での実験を実施し，流木の流下軌跡，貯木池への侵入量，流木止への堆積過程などについてデータを収集する．構築した解析法を貯木池実験データに適用することで，解析結果との比較検証を行い，流木対策工の設計ツールとして機能するように解析法の精度向上を進める．
三年目は，様々な実験データを用いた検証を進め，剛体，曲げ変形流木で構成される流木群の流下・堆積過程，流木堆積による水位上昇を再現でき，流木対策工の設計に有用な解析法の完成を目指す．その上で，解析プログラムの解説書等を作成し，流木対策工設計支援システムとして研究者，技術者に広く利用していただく．
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| Causes of Carryover |
昨年度一年間，代表者が海外留学したため，直線水路の実験準備（それに関わる費用の支出）ができなかった．今年度早々に直線水路に関する実験設備の準備を進め，残額は4月にほとんど支出した．
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