| 研究課題/領域番号 |
21K04270
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分22040:水工学関連
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| 研究機関 | 長岡技術科学大学 |
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研究代表者 |
楊 宏選 長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (00324004)
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| 研究分担者 |
細山田 得三 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (70262475)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 河川構造物 / 浸透流 / フルード相似 / 不安定 / パイピング / ダルシー透水係数 / forchheimer係数 / 河川流 / 相似性 / 動水勾配 / フルード数相似 / 透水係数の相似 / 透水係数の速度縮尺 / フォルヒハイマー係数 / 非ダルシー流 / ダルシー流 / 圧力相似 / 模型実験 / 河川流と浸透流の同時相似 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
河川の模型実験はフルード相似則に基づいて行われるが，河川構造物にまつわる移動床・固定床模型実験は，多くの場合，浸透流・洗堀を含むことになっている．しかし，浸透流を含む河川流の模型実験は浸透流の相似まで考えていないのが現状である．これは構造物底面の受ける揚力，地盤中動水勾配が模型実験で得られないことを意味し，構造物の安定性評価，地盤のパイピング評価などに影響を及ぼす．本研究は，数値計算と模型実験を通して，浸透流を含む河川流の水理模型実験に実現可能な相似の要件および対策を提案する．
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| 研究成果の概要 |
河川流と浸透流を同時に相似させる理論的な相似条件を導出し、模型実験と浸透流可視化実験で検証された数値モデルで浸透流を含む河川流の水理模型実験に実現可能な相似の要件および対策を検討した。
層流であれば、透水係数が相似すれば圧力が相似し、透水係数が厳密に相似しなくとも圧力の相似性は大きく崩れないことが分かった。乱流の場合、相似条件が厳しく、模型の透水係数が実物の透水係数に流速縮尺に従う他に、FL_模型＝FL_実物という条件をも満たす必要もあるが、数値解析が高Re数の場合にFL数だけを合わせれば、圧力相似性が概ね得られることを示した。なお、FはForchheimer係数、Lは代表長さである。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
浸透流の試験は地盤専門の方が行う場合が多い．一方、河川の流れの相似は水工学専門の方が考えることである．河川構造物の場合，地盤中の浸透流が流れとして無視出来ても圧力の連続的伝播という意味で無視できず，河川流と同時に扱う必要があり，河川流の相似と矛盾しない相似が求められる．浸透流速が小さいだけに，浸透流を含む模型実験において浸透流が相似せず圧力相似の喪失は浸透流を扱わない水工学専門家が見落としがちであり，対策もないのが現状である．
浸透流を含む河川の模型実験に，浸透流にも相似性を持たせることができれば，学術的に意味があるだけでなく、模型実験がより実物と近い現象になり、河川防災に重要な社会貢献となる．
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