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海底地すべり起因の土石流の流動機構の解明:流れの遷移を考慮した統一モデルの開発

研究課題

研究課題/領域番号 20J00991
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分17030:地球人間圏科学関連
研究機関京都大学

研究代表者

酒井 佑一  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード堆積物重力流 / 水中土石流 / 混濁流 / 海底地すべり / Flow transformation / 数値モデル / 浅水流方程式 / 流れの遷移
研究開始時の研究の概要

海底地すべりにより発生する水中土石流では、流動条件に応じて層流から乱流への流れの遷移が生じるが、その遷移条件は未解明である。本研究では、水中土石流の流れの遷移条件を実験に基づき明らかにし、流れの遷移を表現した数値計算モデルの開発する。
そのために、水中土石流を二層モデル(上層が乱流、下層が層流)によって表現し、下層の層流層厚を無次元数により一意に決定する。次に粘土を混合した実験を行い、粘土の含有量が与える影響を明らかにする。その上で、実験成果を実装した数値計算モデルを構築し、現地の堆積物で適用性を検証する。

研究実績の概要

本年度は、数値実験に基づいて砂質土石流から混濁流への流れの遷移過程を検討した。その際、昨年度に構築した砂質土石流の二層浅水モデル(下層:土石流、上層:混濁流)を使用し、既往の実験結果との比較を行った。その結果、混濁流の生成メカニズムとして従来考慮されていた「土石流表面での摩擦連行」に加えて、「土石流中の間隙流体の湧き出し」作用を新たに考慮することで、既往の実験で報告されている流れの遷移過程をよく再現できることがわかった。
具体的には、既往実験の条件にならい、一様勾配の一次元斜面に上流端から土石流を供給する条件において計算を行った。混濁流の生成メカニズムの影響を検討するため、「土石流表面での摩擦連行」のみを組み込んだモデルによる計算での計算と、「土石流表面での摩擦連行」と「土石流中の間隙流体の湧き出し」の両者を考慮した計算モデルによる計算の2ケースを比較した。
既往の実験での測定結果と比較すると、「間隙流体の湧き出し」を考慮したモデルの計算結果の方が流れの先頭部付近での再現性が向上した。これは、「土石流表面での摩擦連行」による混濁流生成メカニズムは両層の速度差が大きい混濁流の発達初期には効くものの、混濁流が発達して両層の速度差が小さくなるとサスペンションの生成速度が小さくなるためであると考えられる。一方、間隙流体の湧き出しによる混濁流サスペンションの生成は先頭部以外でも砂の堆積が生じる限り発生するため、混濁流が十分に発達した後も寄与する。以上のように、流れの遷移過程をより連続的に再現するためには、混濁流生成メカニズムとして「土石流表面での摩擦連行」に加えて、「間隙流体の湧き出し」を考慮する必要があるといえる。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 6件)

  • [雑誌論文] The Effects of Particle Segregation on Debris Flow Fluidity Over a Rigid Bed2020

    • 著者名/発表者名
      Hotta Norifumi、Iwata Tomoyuki、Suzuki Takuro、Sakai Yuichi
    • 雑誌名

      Environmental and Engineering Geoscience

      巻: 27 号: 1 ページ: 139-149

    • DOI

      10.2113/eeg-d-20-00106

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Numerical investigation on flow transformation of sand-rich debris flow into turbidity current2022

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Sakai, Hajime Naruse
    • 学会等名
      JpGU Meeting 2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Modeling sand-rich submarine debris flow: Sand deposition, turbidity current generation and separation2021

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Sakai, Hajime Naruse
    • 学会等名
      JpGU Meeting 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Flume experiment on crevasse-splay deposits formed by the 2019 flooding of the Chikuma River2021

    • 著者名/発表者名
      Taichi Kato, Masaki Yamada, Hajime Naruse, Yuichi Sakai
    • 学会等名
      JpGU Meeting 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 均一粒径土石流における流れの遷移:間隙水圧の測定2021

    • 著者名/発表者名
      酒井佑一,堀田紀文
    • 学会等名
      砂防学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
  • [学会発表] 微細土砂の液相化を考慮した数値計算は崩壊起因土石流の再現に有効か?2021

    • 著者名/発表者名
      戸部潤一郎,堀田紀文,酒井佑一,西口幸希,内田太郎
    • 学会等名
      砂防学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
  • [学会発表] 砂質土石流のFlow transformation:二層浅水モデルに基づく混濁流生成メカニズムの検討2021

    • 著者名/発表者名
      酒井佑一,成瀬元
    • 学会等名
      日本地質学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 水路実験による2019年千曲川氾濫での破堤堆積物形成過程の解明2021

    • 著者名/発表者名
      加藤汰一,山田昌樹,成瀬元,酒井佑一
    • 学会等名
      日本堆積学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Flow transformation of subaqueous debris flows: Investigation of turbidity current generation based on a two-layered layer-averaged model2021

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Sakai, Hajime Naruse
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Laminar-turbulent transition in debris flow: measurement of basal pore fluid pressure in an open channel flow experiment2020

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Sakai, Norifumi Hotta
    • 学会等名
      EGU General Assembly 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 粒径組成が土石流の流動機構に及ぼす影響2020

    • 著者名/発表者名
      酒井佑一,堀田紀文
    • 学会等名
      砂防学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 土石流の現地再現計算における微細土砂の液相化の影響2020

    • 著者名/発表者名
      戸部潤一郎,堀田紀文,酒井佑一,西口幸希,内田太郎
    • 学会等名
      砂防学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Laminar-turbulent transition in saturated granular free-surface flow2020

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Sakai, Norifumi Hotta
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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