2020 Fiscal Year Research-status Report
Numerical investigation on stability of gravel bags in flooding as flexible riverbank protection works and a new design method
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19K04623
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| Research Institution | University of the Ryukyus |
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Principal Investigator |
福田 朝生 琉球大学, 工学部, 准教授 (00709694)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 袋詰玉石工 / 固液混相流解析 / 屈撓性 / 個別要素法 / 河岸保護 / 構造 / 配置 / 安定性解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
袋詰玉石とは 20cm程度の石礫数トンを網で包んだものである．袋詰玉石工は，複雑な河岸地形でも施工ができ河岸侵食を抑制し，また，空隙を有するため生物の生息場にもなり，環境面からも優れている．しかし，袋詰玉石工が水流に対して安定する条件が十分明らかになっていないために適切な設計法がなく，流失してしまう事例も多い．
袋詰玉石工に作用する流体力は水理実験で計測することは容易ではない．そのため，袋詰玉石工の水流中の安定性を考察するためには，水理実験とともに数値解析を活用した研究アプローチが肝要である．
初年度では，主に水流と袋詰玉石工の相互作用を考察することができる新しい数値解析技術を開発した．
2年目となる当該年度では，まず，数値解析の袋と水流の相互作用部分の改良を行った．これにより，数値解析によって，水流によりたなびく袋詰玉石工の袋の様子をよく説明できるようになった．
また，実寸大の1/20程度のスケールの袋詰玉石工のモデルを作成し，このモデルを用いて水理実験を実施し，袋詰玉石工周囲の流れ場を詳細に計測し，また，移動限界状態の様子を記録した．袋詰玉石工の移動限界状態の観察より，袋詰玉石工はひとたび移動しだすと容易には止まることができないという，特徴的な現象が確認できた．今後は，これらの実験データを踏まえて，種々の条件で袋詰玉石工の安定性の検討を実施し，袋詰玉石工の安定条件についてさらなる検討を進める予定である．
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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
2年目となる当該年度は，当初計画では想定していなかった水理実験施設の活用が可能となった．当初の研究計画では，数値解析モデルの精度検証は，現地の袋詰玉石工の流失事例のみを対象とする予定であった．しかし，水理実験で袋詰玉石工周りの水流等を詳細に計測し，これらのデータと数値解析の両者を用いて現象を分析していく研究体制を構築することができれば，袋詰玉石工の安定性のより適切な考察が可能となる．このため，2年目は，実寸に対する縮尺がおおよそ1/20の袋詰玉石工モデルを作成し，袋詰玉石工周りの水理諸元を計測できる体制を構築した．これにより，本研究で新しく構築した袋詰玉石工の数値解析技術と，水理実験の両者を用いて，袋詰玉石工の安定性を考察することができる過去に例のない充実した研究体制を構築することができた．これらの状況より本研究の進捗は，概ね順調である．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究はこれまでの2年間で，袋詰玉石工の数値解析技術および，水理実験体制の両者を活用可能な充実した研究体制を構築することができた．最終年度となる今年度は，落差工直下や，落差工周辺河岸に袋詰玉石工を設置した場合を想定した種々の条件の水理実験と数値解析を実施し，流れと袋詰玉石工に作用する力，および，袋詰玉石工の移動の様子を把握し，袋詰玉石工の移動限界状態について調べる．これらの結果を総合的に分析し，袋詰玉石工による効果的な河岸保護法について検討する．
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| Causes of Carryover |
当初予定では，モデル開発に要する計算資源を確保するためのスパコンの利用費を計上していた．しかし，想定よりも少ない計算資源の利用でモデルの開発ができたため，次年度使用額が生じることとなった．3年目以降では，数値解析とともに，水理実験を実施する予定である．この水理実験の費用は，当初計画では見込めていなかった．次年度使用額の一部は，水理実験に使用する予定である．また，スパコンの利用費を増額できれば，計算の高速化や計算ケースの増加などが可能となるため，これに伴う研究の質の向上が期待できる．このためスパコン利用費の増加や，計算ケース増加に伴うデータ保存用のハードディスク購入等にも，次年度使用額を利用する予定である．
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