| 研究概要 |
本研究は,水と砂礫の混合物の流れに関する構成則,土石流・掃流砂流の流速分布と粒子濃度分布および掃流砂量式と浮遊砂基準点濃度の予測法を統一的な視点から議論しようとするものである.
本研究において申請者らが提案した構成則において,粒子径,粒子間摩擦および粒子密度が主要な役割を果たす.そこで,前年度に引き続いて,内部摩擦の演ずる役割を実験値と計算値とを用いて考察した.前年度において,ビーズ粒子を含む流れにおいて,河床近傍で,流速の小さい領域が鉛直下方に伸びる現象,すなわちクリーピング現象が認められ,流動深の測定が困難になったため,今年度においては,その現象が発生しにくいような領域においても水路実験を行っている.これらのデータおよび計算値とともに,固定床上の流れにおいては,内部摩擦係数の増加に伴い流れの抵抗が増加し,移動床流れにおいては,逆の傾向を示すことが分かった.
土石流から掃流砂流にまたがる領域において,粒子径の異なる砂礫粒子を用いて実験を行い,これらの結果と構成則を適用して得られる流速や粒子濃度の鉛直分布とを比較して,粒子径の流れに及ぼす影響を検討した.さらに,輸送土砂量(流砂量)に関する検討も行った.前々年度の理論的検討によって,無次元流砂量は無次元掃流力の5/2乗に比例し,流砂量は粒子径に依存する結果が得られている.そこで,水路実験によって得られた実験データおよび多くの研究者によって行われた実験データを用いて検討したところ,流砂量は掃流力の大きい領域から小さい領域にわたって,粒子径の影響を受け,粒子径が大きくなるに従って流砂量が小さくなる結果が得られた.これらの実験データと構成則を適用して得られる掃流砂量式とを比較したところ,両者はよく一致した.
申請者らが提案した構成則に基づき,掃流砂層の粒子濃度および水流相のレイノルズ応力の鉛直分布に着目して,浮遊砂基準面濃度を予測する手法を2層モデルを用いて提案した.これによれば,粒子径が小さくなるほど,基準面濃度は小さくなるという結果が得られた.以上,いくつかの貴重な成果が得られたが,今後,構成則の物理的な合理性を検討するため,水流相の乱れ構造を直接的に測る必要がある.
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