2022 Fiscal Year Research-status Report

Numerical investigation on stability of gravel bags in flooding as flexible riverbank protection works and a new design method

Research Project

Project/Area Number	19K04623
Research Institution	University of the Ryukyus
Principal Investigator	福田朝生琉球大学, 工学部, 准教授 (00709694)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2024-03-31
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
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モデルを開発した．2年目は，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，袋詰玉石工の移動限界状態の様子を記録した． 3年目は，2年面に実施した袋詰玉石工の再現計算を実施し，解析に用いる計算格子サイズなどのモデル条件の感度分析を行った．当該年度である4年目は，解析結果から得られる袋詰玉石工モデルの移動限界の力が，実験結果に対してやや小さく評価される課題に対して，解析の袋詰玉石工の網のモデルをいくつか変更して，移動限界の力に及ぼす網のモデルの影響の感度分析を行った．これまでの数値解析の構築，袋詰玉石工の実験を通して，袋詰玉石工の水流に対する安定性について，数値解析を用いて検討することができる研究体制を構築することができた．これにより，種々の袋詰玉石工の配置条件に対して，数値解析を用いて安定性を分析できるようになるため，水流に対して安定な袋詰玉石工の配置検討に対して，本研究で構築した数値解析モデルの果たす役割は大きい．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 本研究では，屈撓性をもつ袋詰玉石工と水流の相互作用を考察することができる数値解析法を新たに構築するとともに，水理実験で袋詰玉石工周りの流れを詳細に解析し，実験と水理解析の両者を活用して袋詰玉石工の水流に対する安定性を考察することができる研究体制を構築することができた．今後は，主に構築した数値解析モデルを用いて，種々の袋詰玉石工の構造と配置を対象に解析し，袋詰玉石工の効果的な設計法について検討していく段階となっている．しかし，計算資源の制約等から，当初計画で想定していた必要な数値解析が実施できておらず当初計画に対してやや遅れている．
Strategy for Future Research Activity	本研究はこれまでの４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．今後は，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．
Causes of Carryover	当初計画で予定していた水理実験とその取りまとめ作業が一部実施できておらず，これらに割り当てていた費用は使用していない状況であった．次年度の使用額は，当初計画で予定した水理実験を行うために必要となる袋詰玉石工モデルを構築するための資材の購入や，研究を継続する上で必要な印刷費などの消耗品費に使用する予定である．