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2017 年度 実施状況報告書

複数構造物間の波浪干渉による海底地盤の不安定化現象の評価手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17K06553
研究機関豊橋技術科学大学

研究代表者

松田 達也  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (50736353)

研究分担者 三浦 均也  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40190582)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード波浪 / 海底地盤 / 海岸構造物 / 海洋構造物 / 土砂移動 / 数式解 / 造波水路実験
研究実績の概要

平成29年度は微小振幅波理論(線形波動理論)の枠組みにおいて速度ポテンシャルを誘導することにより,進行波と重複波の解析および円柱構造物周辺の平面波の入射波,反射・回折波に関する数式解による波浪解析手法を開発し,海底面への波浪外力特性を評価した.数式解による波浪場の海底面近傍における流速と波浪解析により得られた海底面の水圧応答を入力値としてOne-wayによるu-p formulationからの地盤の有効応力変動を合わせた土砂移動の定性的・定量的評価ができる解析フレームワークを構築した.波浪と有効応力応答解析を線形解析の枠組みで実施したが,海底地盤の有効応力応答を考慮することによって,例えば,定常波の下での腹部での侵食,節部での堆積傾向を,入射角の影響を含めて明らかにすることができた.
波浪場における表層流速による掃流力と地盤内水圧変動による透水力が複合的に作用する複雑な土砂移動現象について,フルード相似則と漂砂の相似則を適用した実験条件による造波水路実験を用いて観察した.本検討では,Prototypeの地盤材料に近い豊浦砂と,想定しているPrototypeの砂質土に対して漂砂の相似則であるDean Numberを適用した珪砂8号の2種類の地盤材料を用いて実験した.特に,波浪による地盤内応力変動に着目し,実験中に観測した地盤内の間隙水圧変動とu-p formulation を用いた多孔質弾性体の応力変動に関する数式解と比較した結果,地盤材料の選定に漂砂の相似則を適用することで解析解に非常に近い値を得ることがわかり,波浪外力による地盤内応力変化を再現できることを明らかとした.
本研究内容において,平成29年度海岸工学論文奨励賞(松田達也)および土木学会中部支部平成29年度優秀研究発表賞(吉野貴仁)を受賞した.

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

平成29年度は微小振幅波理論(線形波動理論)の枠組みにおいて速度ポテンシャルを誘導することにより,進行波と重複波の解析および円柱構造物周辺の平面波の入射波,反射・回折波に関する数式解による解析手法を開発し,海底面への波浪外力特性を評価した.数式解による波浪場の海底面近傍における流速と波浪解析により得られた海底面の水圧応答を入力値としてOne-wayによるu-p formulationからの地盤の有効応力変動を合わせた土砂移動の定性的・定量的評価ができる解析フレームワークを構築した.
波浪場における表層流速による掃流力と地盤内水圧変動による透水力が複合的に作用する複雑な土砂移動現象について,フルード相似則と漂砂の相似則を適用した実験条件による造波水路実験を用いて観察した.本検討では,Prototypeの地盤材料に近い豊浦砂と,想定しているPrototypeの砂質土に対して漂砂の相似則であるDean Numberを適用した珪砂8号の2種類の地盤材料を用いて実験した.特に,波浪による地盤内応力変動に着目し,実験中に観測した地盤内の間隙水圧変動とu-p formulation を用いた多孔質弾性体の応力変動に関する数式解と比較した結果,地盤材料の選定に漂砂の相似則を適用することで解析解に非常に近い値を得ることがわかり,波浪外力による地盤内応力変化を再現できることを明らかとした.これにより,造波水路を用いた土砂移動実験について,波浪外力による地盤内応力変動を適切に再現できる実験方法を確立した.また,高速度カメラにより海底面変状を撮影し,PIV解析により波浪外力を受ける地盤表層の移動現象を定量的に評価できる技術を構築した.

今後の研究の推進方策

平成29年度で開発した波浪解析に関する数式解の解析手法を複数構造物間における波浪干渉を考慮した波浪場の解析および波浪外力-海底地盤相互作用を考慮した土砂移動解析手法へ拡張する.また,確立した実験手法を援用し,波浪場における重複波および円柱構造物(単体)周辺の海底地盤変化について考察する.実験結果と波浪と海底地盤の相互作用を考慮した数式解を用いて土砂移動現象を検証する.

次年度使用額が生じた理由

平成29年度は模型実験結果を比較するためのベンチマークとなる数式解による波浪解析手法の開発を中心に実施した.平成30年度は平成29年度で得られた数式解をもとに模型実験を実施するため,実験で使用する模型および計測機器の購入で基金を使用する計画である.

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] 波浪場における有脚式構造物と支持地盤への波力載荷特性に関する数値波動水路を用いた検討2017

    • 著者名/発表者名
      松田達也,三浦均也,澤田弥生
    • 雑誌名

      土木学会論文集B3(海洋開発)

      巻: Vol.73,No.2 ページ: I_78-I_83

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dean Numberを適用した移動床造波水路実験における地盤内水圧応答2017

    • 著者名/発表者名
      松田達也,三浦均也,佐藤隼可,諌山恭平,澤田弥生
    • 雑誌名

      土木学会論文集B2(海岸工学)

      巻: Vol.73,No.2 ページ: I_1117-I_1122

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] PIVによる水平流れに起因した土粒子・土粒子群の微視的な流動挙動解析2017

    • 著者名/発表者名
      松田達也,前田健一,山口敦志,高木健太郎,鶴ヶ崎和博,宮本順司,角田紘子
    • 雑誌名

      土木学会論文集B2(海岸工学)

      巻: Vol.73,No.2 ページ: I_529-I_534

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Numerical Analysis for Sea Wave Loading on the Pile Foundation of Detached Structures by using CADMAS-SURF2017

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Matsuda, Kinya Miura, and Yayoi Sawada
    • 雑誌名

      IGNITE-AICCE’17

      巻: Vol. 1892, issue 1 ページ: none

    • DOI

      10.1063/1.5005667

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 波浪場における斜板形状を有する有脚式構造物と支持地盤への外力特性に関する数値解析2018

    • 著者名/発表者名
      澤田弥生
    • 学会等名
      平成29年度土木学会中部支部研究発表会
  • [学会発表] 波浪により誘発される地盤透水力が土砂移動に与える影響に関する造波水路実験2018

    • 著者名/発表者名
      高柳林太郎
    • 学会等名
      平成29年度土木学会中部支部研究発表会
  • [学会発表] 有脚式構造物基礎への波浪外力特性と構造物周辺の底質移動に関する数値解析2018

    • 著者名/発表者名
      安東一輝
    • 学会等名
      平成29年度土木学会中部支部研究発表会
  • [学会発表] 円柱構造物による反射・回折波による海底地盤における有効応力応答と底質移動の解析2018

    • 著者名/発表者名
      後藤志侑子
    • 学会等名
      平成29年度土木学会中部支部研究発表会
  • [学会発表] 進行波および定常波を受ける海底地盤における有効応力応答と底質移動の解析2018

    • 著者名/発表者名
      吉野貴仁
    • 学会等名
      平成29年度土木学会中部支部研究発表会
  • [学会発表] Numerical Analysis for Sea Wave Loading on the Pile Foundation of Detached Structures by using CADMAS-SURF2017

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Matsuda
    • 学会等名
      IGNITE-AICCE’17
    • 国際学会
  • [学会発表] 波浪場における有脚式構造物と支持地盤への波力載荷特性に関する数値波動水路を用いた検討2017

    • 著者名/発表者名
      松田達也
    • 学会等名
      第42回海洋開発シンポジウム
  • [学会発表] 地盤材料の相似則を考慮した海底地盤内水圧変化に関する造波水路実験2017

    • 著者名/発表者名
      松田達也
    • 学会等名
      第52回地盤工学研究発表会
  • [学会発表] 波浪場における杭基礎構造物への作用外力特性の数値波動水路を用いた計算2017

    • 著者名/発表者名
      澤田弥生
    • 学会等名
      第52回地盤工学研究発表会
  • [学会発表] 波動水路における二層海底地盤内の水圧変動の測定2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤隼可
    • 学会等名
      第52回地盤工学研究発表会
  • [学会発表] 上層に礫層を有する砂質地盤の波浪場における水圧応答に関する造波水路実験2017

    • 著者名/発表者名
      松田達也
    • 学会等名
      第29回中部地盤工学シンポジウム
  • [学会発表] Dean Numberを適用した移動床造波水路実験における地盤内水圧応答2017

    • 著者名/発表者名
      松田達也
    • 学会等名
      第64回海岸工学講演会
  • [学会発表] PIVによる水平流れに起因した土粒子・土粒子群の微視的な流動挙動解析2017

    • 著者名/発表者名
      高木健太郎
    • 学会等名
      第64回海岸工学講演会

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公開日: 2018-12-17  

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