2020 Fiscal Year Research-status Report

Development of analysis model for backward erosion piping in foundation under levee based on new concept of seepage flow

Research Project

Project/Area Number	20K14841
Research Institution	Chuo University
Principal Investigator	田端幸輔中央大学, 研究開発機構, 機構准教授 (90756678)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	堤防 / 基盤透水層 / パイピング破壊 / 浸透流 / 三次元浸透流解析 / 粒度分布 / 空隙率
Outline of Annual Research Achievements	洪水外力の巨大化が著しい昨今において，最も重要な治水施設である堤防の破壊危険性を科学的に推定し，堤防強化対策に生かすことのできる技術の確立が強く求められる．特に，基盤漏水による堤防のパイピング破壊は，見えないところで徐々に進行する破壊現象であり，危険箇所の推定が困難である．　これまで，パイピング発生危険度は，地盤工学的考え方に基づいた静的な力のつり合い関係から評価されてきた．本研究では，パイピング破壊を水と土砂が混ざり合ったダイナミックな運動として水工学的視点から捉えた力学モデルを構築し，パイピング発達機構の解明を目指す．初年度では，基盤浸透流の発生機構を水理学的に明らかにすることを目的とし，基盤透水層内の構成材料によって形成される間隙内の流れをHagen–Poiseuille flowで仮定することで土粒子から受ける抵抗力を表現した三次元浸透流解析法を構築した．本手法を堤防模型実験データに適用し，法先に緩み領域が形成された場合における基盤層内の浸透流特性を解析した．この結果，被覆土厚さと緩み領域の大きさが，基盤漏水の集中・発達に及ぼす影響を明らかにした．また，薄い被覆土に弱点部が形成されると，法先近傍の高流速域が発達し，堤防破壊危険性が高くなる可能性があることを示した．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究を進める上での本質的な課題の一つが，Darcy則の仮定に捉われない普遍的で拡張性の高い浸透流解析手法を構築することであった．今回構築したモデルは，これに対応したものであり，基盤層を構成する材料の粒度分布及び空隙率の違いが浸透流場に及ぼす影響だけでなく，パイピング発生による空隙変化に伴う浸透流の抵抗特性を考慮できるものとなっている．なお，当初は，粒子間の詳細な流れを直接解いた結果から，体積平均場での浸透流の抵抗力を求めることを予定していたが，このような手法と今回構築した手法により求めた抵抗力に有意な差は無く，今回構築した手法によって，より効率的に解析可能となることを確認している．以上より，本研究は順調に進展している．
Strategy for Future Research Activity	今後は，土粒子の流動開始条件，噴砂発生箇所の境界条件の与え方に着目しながら，浸透流の発達に伴う基盤層内の土砂の運動機構をモデル化していく予定である．流動開始条件については，当初予定していたクイックサンド発生条件だけでなく，多粒子沈降速度を限界流速指標として用いた場合についても検討を行う予定である．
Causes of Carryover	当初予定していた学会発表等が中止となり，可視化ソフトライセンス等に回したが，全額使用できなかったため．繰越額は，印刷消耗品に用いる予定である．