| 研究課題/領域番号 |
21K18750
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分22:土木工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
内田 龍彦 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (00379900)
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| 研究分担者 |
橋本 涼太 京都大学, 工学研究科, 准教授 (60805349)
河原 能久 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 名誉教授 (70143823)
井上 卓也 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (20647094)
鳩野 美佐子 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (40837019)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 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 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2021年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
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| キーワード | 分級 / 空隙率 / 細粒土砂 / 利用可能空隙率 / 流速分布 / 掃流力 / オイラー型混相流モデル / 混合粒径 / 粗粒化 / 混合粒径流砂量式 / AP理論 / 堆積実験 / 粒径比 / 粗粒子充填 / 細粒子充填 / 歪 / 浸透流 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
混合粒径の土砂輸送解析においては領域平均可能なオイラー型の有効な解析手法が確立されておらず，半世紀近く未解決のままであり，河川，海岸や地形に関する多くの学術，技術の発展を妨げている．申請者はAvailable Porosity(AP)という新しい理論を提案し，粒径集団ごとに空間平均された連続式を理論的に定式化することに成功し，混合粒径土砂の最密空隙率の計算法を開発した．本研究はAP理論を応用し，流体・細粒子の混合粒径集合体への浸透過程，および混合粒径粒状体・流体の混相流動などマクロモデルによる検討が出来なかった問題のモデル化に挑戦するものである．
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| 研究成果の概要 |
混合粒径河床の連続式を理論的に導き，従来の河床変動解析に用いられた連続式と比較することで，混合粒径河床の計算における交換層厚と河床高の課題を明らかにし，各粒径の土砂堆積高が利用可能空隙率(AP)から決定されることが重要であることを示した．流れによる細粒土砂が流出する過程の実験を行い，既往の方法と比較することでAP理論に基づく連続式の妥当性と有効性を明らかにした．粒度分布と空隙率の関係を二粒径粒子群のCoarse PakingとFine Packingから明らかにした．また，土砂の堆積状態による空隙率の違いは一様粒径の空隙率で評価できることを示した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
河床材料はメートルスケールの大きな石から大きな石の空隙や下流に存在する砂などの細粒分で構成させている．混合粒径の土砂輸送解析は河川の地形変化や土砂輸送解析に必須であるが，広域，長期解析に適する方法は確立されていない．個別の粒子を解析する個別要素法では，交換層の問題が表れないことに着目し，積分可能なオイラー型モデルでも空隙率や交換層の問題を解決することができる利用可能空隙率を提案し，その妥当性と混合粒径土砂輸送解析における有効性を示した．混合粒径粒子群の問題は地盤工学，コンクリート工学，化学工学など多くの分野に関連し，オイラー型モデルでその運動が記述できることを示したことは重要である．
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