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洪水時における橋脚周辺の流れはきわめて不安定であり大きな水位変化を伴なうことがある。また、河口付近に設置される橋脚や海洋作業台の基礎は流れと同時に波の作用をうける。このためこれらの構造物周辺では定常な流れのみによる洗掘とは異なった形態の洗掘が起こり、条件によっては構造物の破壊につながる危険な状態が発生する。本研究では、このような現象の力学的基礎を明らかにすることを目的とし、水位急変場および流れと波の共存場に設置された円柱橋脚周辺の洗掘特性を室内実験的に把握するとともに、その洗掘機構を「急激な変動水圧と水中地盤の動的相互作用」の観点から検討した。
まず、水位が急激に低下した場合には、橋脚周辺地盤中に過剰間隙水圧が発生し、有効応力の減少をもたらし、地盤の液状化が発生することが認められた。このような状況のもとでは橋脚周辺の洗掘が短時間で急激に進行し、水位が低下する前の洗掘深に較べ10〜14%増加することが確認された。
つぎに、流れと波の共存場における実験では、波高の増加とともに洗掘深が増大するが、間隙水圧分布測定の結果より、波高がある程度以上になると橋脚周辺の地盤の上層部が液状化することが認められた。このことは、流れと波の共存場における橋脚周辺の洗掘には、地盤中の間隙水圧の変化が重要な役割を演じていることを示したものであり、従来の研究にはみられない注目すべき成果であるといえる。
以上、本研究によって、急激な変動水圧場に設置される橋脚周辺の洗掘現象を力学的に究明するに際しては、変動水圧による水中地盤の動的な挙動を考慮した取り扱いの重要性が示された。
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