2023 Fiscal Year Annual Research Report
Local scour around river bridge piers during flood and scour risk assessment method considering physical characteristics of river channel
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23H01498
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
渡邉 健治 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (80425925)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
知花 武佳 政策研究大学院大学, 政策研究科, 教授 (10372400)
内藤 直人 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10816200)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 洗掘 / 河川橋脚 / 内部侵食 / 支持力 / 河床材料 / 土砂移動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度は過去の洗掘被災事例に対する詳細な文献調査や令和5年度に発災した鉄道河川橋りょうの洗掘被害の現地調査を行うと共に、橋脚模型を用いた水理模型実験や内部侵食（細粒分の吸出し）現象を再現する地盤材料試験（三軸試験）を開始し、内部侵食現象を解析によって追跡するための個別要素法（DEM）の準備を行った。中型開水路を用いた水理実験では、中規模出水を模擬した流水量を長時間継続した実験について、橋脚周辺の河床材料が時間と共に徐々に流出される現象を土砂移動として水理学的に評価し、河床模型が単粒度材料で構成されている場合にはその流出量を理論的に概ね説明することに成功した。しかしながら、河床模型が異なる粒度を含む混合土で構成されている場合は時間と共に変化する河床材料の粒度分布を考慮できず、十分な再現精度が得られなかった。また、同じ中型開水路を用いて別途行った水理実験では橋脚直下で内部侵食現象が生じることを確認し、その後に交通荷重相当の繰返し載荷が作用することで「遅れ変位」が生じ得ることを示した。さらに、三軸試験機を用いた内部侵食現象に関する検討では、従来の試験方法では難しかった低動水勾配の水量を安定的に長時間作用し続けられるように装置を改良し、異なる粒度分布を有する土供試体において内部侵食が生じる限界動水勾配を検討した。また、この内部侵食現象を再現するために行う個別要素法の準備を行い、解析ソフト内で均質な供試体を作成する方法や、繰返し載荷の再現方法を確立させた。
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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
水理模型実験については、橋脚周辺の河床材料の土砂移動の時間進行性を理論的に求める方法を確立でき、河床材料が単粒度材料である場合に限り実験結果と概ね整合することを確認している。今年度は異なる粒度を持つ土材料が混合する河床材料について同様の検討を行うことが必要であるが、そのために必要となる河床材料の粒度分布の時間変化に関する測定技術や、水中の流れ場を可視化する測定技術を初年度に確立できた。そのため、２年目以降の実験的研究をスムーズに実施する実験環境を整備することができたと言える。さらに内部侵食現象については、実際の橋脚直下の地盤条件に近い低動水勾配を長時間継続する実験方法が確立され、さらに実験では直接的に測定不可能である粒子間接触力（有効応力）の変化を数値解析（ＤＥＭ）によって算出する手法が準備できた。2年目はこの実験・解析技術を活用し内部侵食現象の評価を行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度に確立した実験技術・解析技術を用い、令和6年度は洗掘被害に及ぼす出水時間の影響を継続すると共に、異なる粒度を有する土粒子が混在する混合土に関しても検討を行う。この検討においては橋脚周辺の流れ場（速度場）の評価が重要となるため、初年度に構築した画像解析技術を有効活用する。
次に、内部侵食の発生条件については初年度に構築した低動水勾配を長時間継続する要素試験技術を活用し、限界動水勾配に及ぼす河床材料の粒度分布に関する検討を行う。また水理模型実験により橋脚直下で内部侵食が発生した場合の地盤の支持力特性、特に交通荷重に相当する繰返し載荷が作用した際の橋脚の変位特性について検討する。
さらに、初年度に準備した個別要素法による内部侵食現象の再現手法により内部侵食の発生条件に関する検討を行い、実験では直接的に測定することが不可能である粒子の移動、粒子間接触力の評価を行う。
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