2021 Fiscal Year Annual Research Report
河川堤防のパイピングメカニズム解明と維持管理法のパラダイムシフトに向けた研究
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19H00786
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
岡村 未対 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (50251624)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
泉 典洋 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10260530)
前田 健一 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50271648)
全 邦釘 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (60605955)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 堤防 / パイピング / 乱流 / シールズ数 / 砂 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
R3年度には、堤防の寸法効果（堤防敷幅の増加と共にパイピングを生じる平均動水勾配が減少してゆく）を研究することに重きを置き、寸法の異なる模型実験、すなわち小規模パイピング実験と中規模実験を実施する計画であった。しかしながらコロナ禍により中規模実験の実施が困難となり、計画を変更して代替実験を実施した。まず、代替実験計画の検討においては、R2年までに得られた寸法効果のメカニズムに関する知見から、パイプ内を乱流状態にすることが特に重要であることがわかってきたため、パイプ内のレイノルズ数が2000を大幅に超えて乱流となるように地盤材料と実験における遠心加速度比を慎重に選定した。
代替実験は粗砂を地盤材料とし、重力加速度の40倍の遠心場にて実験を行った。パイプ内の流れを解明するために、パイプ形状の精密計測とパイプ内流れの流速の計測を試みた。実験により、パイプ内流れが層流と乱流の場合のパイピング現象について、パイプ形状とパイプ内流れのデータを取得することができた。
実験データの詳細な解析により、パイプの進展時にはパイプ全長に渡って底面の無次元せん断応力が限界Shields数であることが明らかとなり、パイピング予測法の構築に向けた貴重な知見が得られた。また、堤防寸法の増加と共にパイプ内流れのレイノルズ数は増加し、たとえ細砂地盤であっても実大スケールではパイプ内が乱流となる可能性が高いことが分かった。これまでほとんど行われていない乱流状態の実験を今後も進めてゆくことが重要であることがわかった。
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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
中規模模型実験が実施できなかったというトラブルはあったものの、代替実験により必要な実験データを得ることができた。また、その過程で、やむを得ず検討した代替実験の実験条件で寸法効果に関する新たな仮説が導かれ、遠心模型実験で検証するという予想していなかった成果も得られた。相似則の解明に向かって順調に研究が進んでいる。
堤体表面からパイピング部を自動探査する研究については、今年度は新たな変状個所のデータが得られなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
河川堤防パイピングの詳細なメカニズムの研究は，地盤およびパイプ内の水理条件とパイプ内土粒子の安定条件をモデル化し，破堤に至る極限動水勾配を堤防のサイズや土の粒径，透水係数などに応じて半経験的に求める方法が提案されるに至っている。しかし、実験の相似則の検討から，模型寸法のみを縮小した実験が実現象を再現し得ないことが明らかとなってきた。申請者らは一旦パイピング実験の妥当性の検討に立ち戻り，相似則を明確にしたうえで信頼できる実験データを改めて取得し，それに基づいたモデルを構築することを目的として研修を進めている。これまで３年間の研究で相似則を検討するのに必要なデータはほぼ集積できたので、最終年度は相似則およびパイピングを予測する解析法の確立を行う。
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Research Products
(7 results)
