| 研究概要 |
急勾配移動床水路における流砂形態は,河床材料として粗粒な粒子を用いると,水路勾配の増加とともに掃流砂流から掃流状集合流動を経て土石流へと遷移していく.一方,河床材料として細粒の非粘着性粒子を用いた場合には,水路勾配の増加とともに,低濃度の浮流砂流から高濃度の浮流砂流を経て,慣性力の卓越した高濃度の流れすなわち泥流に移行していく.
しかしながら,掃流状集合流動や高濃度浮流砂流など遷移領域の流れを中心に未解明な点が多く,ましてやそれらを含めた全ての流砂形態について流砂量を精度良く説明できる式は存在しないのが現状である.
本研究の目的は,以上の流砂形態について統合的な流砂理論を明らかにすることである.
まず,申請者らが泥流に対して提唱している粒子間力層と慣性力層とから成る2層構造モデルを全ての流砂形態に拡張して適用する.このモデルに基づき,粒子間力層厚,抵抗則,流砂量の評価式を導き,その理論計算の結果と,広範な条件下において得られた実験結果とを比較してモデルの適用性の検討を行う.
粒子間力層厚の評価式については,本モデルの無次元層厚の評価式が,掃流状集合流動や泥流のデータと良く一致することが分かる.
抵抗則については,掃流砂流のデータが,本モデルの理論計算の結果にうまく適合しなかったが,他の流砂形態のデータは理論計算にうまく適合していることが分かった.掃流砂流については,粒子間力層の速度とその厚さの評価が妥当ではなかったものと思われる.
最後に,無次元流砂量と無次元掃流力との関係について理論計算と実験との比較を行った.相対水深と粒子沈降速度・摩擦速度比をパラメータとして検討した.他の流砂量式は広範な条件下において得られた実験結果にあまり適合していないのに対して,本モデルの理論式は概ね実験結果に良く合うことが分かる.しかしながら,相対水深が200以上になると計算と実験とは合わないことが分かった.また,相対水深が15から35までの間では,輸送濃度が0.5以上になると計算と実験は合わないことが分かった.前者は河床材料が微細砂の場合であり,後者は典型的な土石流の場合である.
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