2021 Fiscal Year Annual Research Report
Eulerian calculation method for motion of the sediment particles with grain size distribution in water flows
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19K21995
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
内田 龍彦 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (00379900)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河原 能久 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 名誉教授 (70143823)
橋本 涼太 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (60805349)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 利用可能空隙率 / ひずみ / オイラー型混合粒径モデル / 細粒土砂 / 堆積過程 / Fine Packing / Coarse Packing / 交換層 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
砂礫，石礫河川において河床を構成する幅広い粒度分布に対して，流れによる河床変動解析を行う場合，空隙率とコントロールボリューム厚さをどうするかの問題が解決されておらず，これらが長く混合粒径河床変動解析のネックになっている．一方，個別の粒子をラグランジュ的に解析する個別要素法(DEM) は，無数の土砂粒子を個別で取り扱うことは計算機能力の点から非現実的であり，実際，DEMの適用は比較的一様に近い粒度分布などの単純な条件への適用に限られる．本研究では，空間平均された粒子運動を記述できるオイラー的解析手法に着目した．まず，DEMの基礎方程式をCVで空間平均し，各粒径土砂の堆積条件を考慮することで，オイラー型土砂堆積モデル(E-SDM)の基礎方程式として各粒径の土砂堆積高と空間占有率の式を導出した．そして，従来の交換層に基づく方程式と比較し，粒子の利用可能空隙率の評価が重要であることを示した．そして，E-SDMは種々の粒度分布を用いた最密充填時の空隙率の特徴を説明できることを示した．また水理実験により，分級による土砂体積の変化が生じることを明らかにした．さらに，混合粒径土砂の堆積過程実験を行い，土砂量と各粒径の堆積高の変化を調べ，E-SDMの適用性を検証し，Fine Packing状態ではモデルは良好に再現できるが，Coarse Packing状態では空隙率を小さく計算することが分かった．また，砂防堰堤からの流れによる細粒土砂の流出に伴う粗粒化の実験を行い，その解析法を検討した．空隙から土砂が土砂が流出するため，浸食がすすむに伴い，見かけの侵食量に対して流出土砂量が多くなる現象が見いだされ，本モデルによりその現象が再現できることが示された．
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