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広い混合粒径材料からなる土石流では、微細粒子と粗大粒子とは異なった挙動をする。すなわち、微細粒子は粗大粒子の間隙を埋める流体中に浮遊して、流体の見掛け密度を増加させているのに対し、粗大粒子はそれら同士の衝突による反発作用によって流れの中に維持されている。間隙流体の見掛け密度は粗大粒子に作用する浮力に関わっているから、流れの中の微細粒子の濃度の決定は、粗大粒子を多量に含む土石流の流動性を知る上に重要である。本研究では、まず、間隙流体中の水の乱れと浮遊砂濃度に関する議論によって、微細粒子成分と粗粒子成分とを区分する方法を示し、実験的検証を行なった。ついで、粗粒子が流動中に、水深方向に粒径の選別作用を受け、さらに流速分布の影響によって、大きい粒子ほど土石流先端部に集まる性質のあること、また、それによって先端部の流動深が大きい明瞭な段波状の流れが形成されることを示した。このことを水路に敷きならした混合粒径材料の上に水流を供給して発生させた土石流によって確かめるとともに、その数値シミュレ-ションモデルを構築して、このようにして発生する土石流の流量ハイドログラフのみならず、土石流中の固体分の濃度の時間変化、平均粒径の土石流先端部から後続流へかけての変化、土石流流下断面内の粒度分布の時間変化などの予測を可能にした。このような、先頭部に近いほど大きな粒子が集まっている土石流が平坦部へ流出して形成される土石流扇状地では、土石流の流下中の特性を反映して、扇状地周緑部で大粒子が、その内部の中央に近い部分には小粒子が堆積する。本研究では、土石流扇状地の土砂堆積範囲や堆積厚さの時間的変化のみすらず、空間的粒度分布をも予測できるような数値計算モデルを開発し、実験との比較検討も行なった。
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