| 研究課題/領域番号 |
15K18122
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
音田 慎一郎 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50402970)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 破堤 / 予測モデル |
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| 研究実績の概要 |
近年，局地的集中豪雨に伴う水災害・土砂災害によって河川堤防の越流・破堤が生じており，人口と資産が集中する堤内地に甚大な被害をもたらしている．こうした被害を低減するためには，出水時における非定常的な表面越流の変化（水位や流速の時間変化）と堤体への浸透を精度よく予測するとともに，越流による表面浸食や水の浸透に伴って土の有効応力が減少し，破壊に至るメカニズムを再現して対策を考えることが必要である．本研究は，堤防の越流と堤体内の浸透流を同時に予測できる高精度３次元流体解析モデルと，越流および浸透流から引き起こされる地盤の大変形解析モデルを構築するとともに，両者をカップリングすることで堤防の安全性を評価できる技術開発を検討するものである．
そこで，水面変動を時間発展的に追跡できる密度関数法と，計算格子において水域・堤体内とその境界面を容易に表現し，表面流・浸透流場を同時に予測できるポーラスメディア法を適用することで，表面流と堤体内の浸透流を３次元的に取り扱うことのできる３次元固気液混相流モデルを開発した．開発したモデルを堤体周辺の単純な流れ場に適用し，流体解析モデルの妥当性を検証した．
また，地盤の大変形解析モデルを構築する際に必要となる破堤時における土砂輸送過程を詳細に把握するために，浸透破壊に関する水理模型実験を実施した．浸透流の湿潤面の移動と土砂の崩落過程に着目して浸透破壊の基本的特性を整理した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究は，堤防の越流と堤体内の浸透流を同時に予測できる高精度３次元流体解析モデルと，越流および浸透流から引き起こされる地盤の大変形解析モデルを構築するとともに，両者をカップリングすることで堤防の安全性を評価できる技術開発を検討するものである．
そこで，現在までに堤防の越流と堤体内の浸透流を同時に予測できる高精度３次元流体解析モデルを構築し，単純な流れ場に適用してモデルの妥当性を検証した．また，流体解析モデルの一般座標系への応用についても検討した．
さらに，地盤の大変形解析モデルを構築する際に必要となる破堤時に土砂輸送特性を把握するため，浸透破壊に関する模型実験を実施した．
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では，堤防周辺の流れを予測できる流体解析モデルと流れにより引き起こされる地盤変形モデルをカップリングさせ，堤防の安全性を評価できる手法を開発することを目的としており，まず，堤防の越流と堤体内の浸透流を同時に予測できる高精度３次元流体解析モデルを構築した．
今後，地盤の大変形解析モデルを構築する必要があり，これまでに実施した破堤に関する実験結果をもとに，数値モデルの開発を行うとともに，流体解析モデルとのカップリングを行う．さらに，構築した数値モデルを破堤過程に適用し，モデルの妥当性を検証する．
上記のモデルは，表面流と浸透流，および流れに伴う地盤の変形を予測できる数値モデルとしては非常に高度なモデルと考えられる．本モデルの更なる有用性を示すために，河岸浸食を伴う流路変動場などへの応用を検討する．
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