2022 Fiscal Year Research-status Report
New developments in fluid and mixed grain size granular mechanics based on Available Porosity theory
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21K18750
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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) |
橋本 涼太 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (60805349)
河原 能久 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 名誉教授 (70143823)
井上 卓也 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (20647094)
鳩野 美佐子 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (40837019)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | オイラー型混相流モデル / 混合粒径 / 空隙率 / 粗粒化 / 混合粒径流砂量式 / AP理論 / 流速分布 / 堆積実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
河川の地形は異なる粒径の土砂で構成させており，地形変化解析においては混合粒径の土砂輸送解析が必須である，しかし，広域，長期解析に適する領域平均可能なオイラー型の有効な解析手法が確立されておらず，半世紀近く未解決のままであり，河川，海岸や地形に関する多くの学術，技術の発展を妨げていた．具体的には混合粒径土砂輸送解析に用いられてきた交換層厚と空隙率は計算結果を支配する重要なパラメータであるが，これまで決定的な評価手法は無い問題がある．著者らは個別の粒子を解析する個別要素法では，交換層の問題が表れないことに着目し，積分可能なオイラー型モデルでも空隙率や交換層の問題を解決することができると考え，細粒子の利用可能空間として定義されたAvailable Porosity (AP) という新しい理論を提案し，検討した．AP理論では，水流の作用（分級・混合）による土砂体積の増加・減少を考慮できるが，静的な状態を表すために，すべての粒子は瞬時に利用可能空間に侵入できると仮定している．本研究では，これを空隙間の粒子運動の解析にさらに展開し，これまでマクロモデルによる検討が出来なかった混合粒径粒状体と流体の混相流動など問題解決に繋げるものである．本年度では幅広い粒度分布をもつ土石流堆積土の空隙率調査，空気中と静水状態における土砂堆積実験を行い，これまでのAP理論に基づく数値解析結果と比較し検証した．さらに，流れによる細粒土砂が流出する過程の二粒径実験を行い，既往の方法と比較することでAP理論に基づく連続式の妥当性と有効性を明らかにした．そして，それを用いて各時間，各場所の細粒土砂量を算出し，従来の流砂量式の課題を明確にするとともに，AP理論を生かした各粒径の高さを考慮した新しい流砂量式を検討した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
現地の空隙率調査を重ねることでこれまで検討してきたAP理論に基づく空隙率がひとつの最密条件である問題が明らかとなり，水中と空気中での堆積実験を実施することになった．また，流れによる二粒径侵食実験によりでは流れの作用流速の評価に課題を見つけ，その評価法を検討することとなった．想定していた混合粒径粒状体流れの問題まで至っていないが流体が混合粒径土砂輸送に及ぼす影響を検討でき理解を深めることができたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
AP理論の展開と同様に二粒径土砂輸送問題を多粒径土砂輸送問題に展開し，混合粒径土砂輸送のオイラー型解析法の確立につなげる．また，AP理論を用いた混合粒径粒状体力学運動を定式化し，細密でない堆積状態についても解析できるようにし，土石流解析や流域の様々な土の堆積状況の解析に展開する．
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| Causes of Carryover |
流量計が故障し，2023年度に購入することとなったため．また付随する実験とその成果発表を行う必要がある．
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Research Products
(3 results)
