曲面護岸に作用する衝撃砕波力の特性と発生メカニズム

• 研究課題/領域番号: 08750634
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 水工水理学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 村上 啓介 九州大学, 工学部, 助手 (60219889)
• 研究期間 (年度): 1996
• 研究課題ステータス: 完了 (1996年度)
• 配分額: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 1996年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 曲面護岸 / 越波 / 衝撃砕波圧 / 衝撃砕波力 / 境界要素法 / 非線形

研究概要

本研究は、円弧状の断面を有する曲面護岸に作用する衝撃砕波力の特性と発生メカニズムを、水槽実験と数値計算により明らかにすることを目的におこなった。護岸に作用する衝撃砕波力の大きさは、護岸前面における砕波状況によって異なる。そこで、代表的な波浪条件と護岸断面形状について、護岸に作用する衝撃砕波圧の特性を実験により調べた。実験は、九州大学工学部所有の大型2次元造波装置を用い、沖波条件、護岸設置水深、護岸形状、消波工空隙率が異なる場合について護岸に作用する波圧分布を測定した。その結果、沖波波高(H_O)相当の静水圧の4.5〜5倍程度の最大波圧が、静水面上から護岸天端高さの10〜20%の間に生じることが明らかとなった。また、最大波圧の大きさは、護岸前面での砕波状況に大きく依存し、護岸の相対設置水深h/H_O(hは護岸設置水深)が1以下と小さい場合は消波工の沖側で砕波が生じ、砕波後の減衰した波が護岸に作用するため、最大波圧は沖波波高相当の静水圧の2倍以下程度と小さく、また、相対設置水深が3以上と大きい場合も、護岸前面での砕波は生じないため作用波圧は比較的小さい値を示した。一方、相対設置水深が1〜3では、護岸直前で砕波が生じるため非常に大きな波圧が生じた。このように、護岸前面での砕波状況は、護岸に作用する最大波圧値に大きく影響するため、数値計算により護岸前面での砕波形式の分類をおこなった。計算は、ポテンシャル理論に基づく境界要素法を用いておこない、砕波直前までの波面の様子を追跡し、砕波位置と波面の巻きみの様子を求めた。なお、計算では、消波工領域にはDarcy則を適用して波浪減衰の効果を便宜的に与えた。数値計算から求めた砕波位置は実験で観察された砕波位置をある程度再現していたが、入射波の非線形性が大きくなるにしたがって、両者の一致の程度は悪くなる傾向が見られた。これは、強非線形の条件下では、消波工領域へのDarcy則の適用に限界があることと、消波工上での越波の効果が数値計算に加味されていないためと考えられる。これら、数値計算の精度の向上は今後の研究課題である。