汎用数値雪崩モデルの構築と雪崩減勢工設計手法の最適化

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24651205
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 木村 一郎 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60225026)
• 研究分担者: 清水 康行 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20261331)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 雪崩 / 数値解析

研究実績の概要

雪崩減勢工の合理的設計技術の確立に向けて，本年度は次のような４つの視点で検討を進めた．課題１：杭型雪崩減勢工の効果的配置方法に関する室内模型実験の実施，課題２：杭型減勢工周辺の雪崩流動機構を再現する数値シミュレーションモデルの構築，課題３：杭型以外の形状の減勢工に周辺の雪崩流動機構の数値シミュレーションモデルの構築，課題４：模型実験結果と数値シミュレーション結果の比較による効果的雪崩減勢工設計手法の提案．以下個別課題の概要を述べる．
課題１について：杭型の雪崩減勢工を想定したスケール模型を実験室内に設置し，砂およびBB弾を雪崩とみたてて上流側から投入し，その減勢工周辺の挙動を高速ビデオカメラで撮影し，減勢効果と杭要素の配置の関係を詳細に検討した．減勢効果を表す指標としては，減勢工への進入直前流速と減勢工通過直後の流速の比を減勢率と定義してこれを採用した．透過率，杭スケール，杭の配置形状が減勢率に及ぼす影響を種々の条件下の実験結果から整理した．
課題２：SPH型の粒子法をベースに，構成則にビンガム流体の特性を考慮し，境界条件にも工夫を施すことで，雪崩モデルの精度向上を実施した．このモデルを課題１の実験結果と比較し，計算結果における減勢率が実験結果のプラスマイナス5%以内の誤差に収まっていること確認した．
課題３：建物上流側にピンポイント的に設置された三角柱型や単一角柱型の減勢工に関する既往の実験結果について，課題２で作成したSPH型雪崩モデルを適用し，再現計算を実施した．この結果，本研究のSPH型雪崩モデルは，これらの減勢工周辺の雪崩挙動を極めて良好に再現できることを確認した．
課題４：上述の課題１～３の結果を総合し，種々の条件下での雪崩減勢工の効果的設計方法について整理した．

研究成果

• [雑誌論文] Numerical Simulation of Granular Flow Past Simple Obstacles using the SPH Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Abdelrazek A.M., Kimura I., and Shimizu Y. 2015.
  • 雑誌名: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. B1 (Hydraulic Engineering) 巻: 71(4) ページ: I_199-I_204
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparison between SPH and MPS Methods for Numerical Simulations of Free Surface Flow Problems (2014)
  • 著者名/発表者名: Abdelrazek A.M., Kimura I., and Shimizu Y.
  • 雑誌名: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. B1 (Hydraulic Engineering) 巻: 70(4) ページ: pp. I_67-I_72
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Numerical Simulation of Snow Avalanches as a Bingham Fluid Flow Using SPH method (2014)
  • 著者名/発表者名: Abdelrazek A.M., Kimura I., and Shimizu Y.
  • 雑誌名: River Flow 2014 巻: - ページ: 1581-1587
  • DOI: 10.1201/b17133-210
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical simulation of a small-scale snow avalanche tests using non-Newtonian SPH model (2014)
  • 著者名/発表者名: Abdelrazek A.M., Kimura I., and Shimizu Y.
  • 雑誌名: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. A2 (Applied Mechanics (AM)) 巻: 70(2) ページ: I_681-I_690
  • DOI: 10.2208/jscejam.70.I_681
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Simulation of rapid free-surface granular flows around a circular cylinder using the SPH method (2015)
  • 著者名/発表者名: Abdelrazek A.M., Kimura I., and Shimizu Y
  • 学会等名: RCEM2015
  • 発表場所: Iquitos, Peru
  • 年月日: 2015-08-30 – 2015-09-03
• [学会発表] The effect of particle size on the accuracy of PMS in simulation of avalanch (2014)
  • 著者名/発表者名: Eriko Kakegawa, Yasuyuki Shimizu, Ichiro Kimura, Yoshihiko Saito and Evgeny Isenko
  • 学会等名: International Snow Science Workshop 2014, A Merging of Theory and Practice
  • 発表場所: Banff, Alberta, Canada
  • 年月日: 2014-09-30 – 2014-09-30