2019 Fiscal Year Annual Research Report
The mechanisms of submarine slope failures due to earthquakes and the resulting turbidity currents
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19H02242
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
泉 典洋 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10260530)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡部 要一 北海道大学, 工学研究院, 教授 (00371758)
渡部 靖憲 北海道大学, 工学研究院, 教授 (20292055)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 地震 / 海底斜面崩壊 / 混濁流 / 液状化 / 津波 / 海底地滑り |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地震動によって海底斜面の崩壊およびそれに引き続いて混濁流が発生するプロセスを再現するための水槽実験を行った。それによって、地震動によって海底斜面上の土砂が地滑り状に滑落する様子が観察できた。実験では、水中比重1.65の硅砂および水中比重0.4程度のプラスチック粒子を用いた。硅砂では、質量が大きすぎるため十分な加速度が発生せず、液状化しないことが明らかとなった。一方で中央粒径0.2 mmのプラスチック粒子では見かけ状の粘着性が現れるため、十分な間隙水圧の上昇が見られず液状化しないことが明らかとなった。
海底地滑りの経験モデルを非線形長波方程式系に導入し，地滑りパラメータと陸域における最大水位との関係を調査すると同時に2018年インドネシアのパルの地滑り津波の波源分析を行った．最大水位は地滑りに伴う水面低下によって発生した放射状の波の汀線での集中に起因し，パルで観測された津波高に達するにはパル湾の湾奥部の最低2か所の波源による津波の重畳が必要である結論を得た．
津波解析モデル構築のための基礎的な知見として、汀線近傍において複数の波が重畳することによって巨大波が発生するプロセスに関する理論解析を行った。汀線における集中する多方向波のモデルとしてFaraday共鳴波を実験的に発生させ，空間集中波の特徴並びに非線形重複波の発達過程を調査し，複数の同心モードの重畳に伴う異常波が最大波の形成に寄与することが明らかになった．
海底地すべりを想定し，非塑性細粒分を含む火山灰堆積地盤の液状化特性を調べた結果，液状化しやすさ，すなわち流動化しやすさは，土の密度構造・骨格構造の影響を強く受けていることが明らかになった．
さらに、本研究結果の応用事例として、貯水池における堆砂を混濁流の機構を利用して排砂できる可能性について検討するための実験を行い、その可能性を検証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
昨年度計画した実験方法およびそれに合わせて設計した実験装置では、水で満たした水槽中に設置された海底斜面模型を電子制御で振動させることで、斜面上の液状化および海底斜面崩壊を発生させるようになっていた。しかしこれまでの実験では、海底の斜面崩壊の発生は観察できたものの、崩壊した土塊から効果的に混濁流が発生するプロセスを再現できていない。その原因として、海底斜面の模型の質量が大きい上に、それを水中で加速するためには周囲の水も一緒に加速するために必要な力、いわゆる付加質量が発生するため、地震動を発生させる装置の出力が十分でなかったことが考えられる。この問題を解決するためには、装置の改造によって出力を増加させるか、斜面の質量を減少させるか、いずれかの方法が必要になる。昨年度は、装置の改造が間に合わなかったため、まず斜面の質量を減少させる方法を試みた。すなわち、斜面上の粒子を水中比重が1.65の通常の砂から、水中比重0.4程度で中央粒径が0.2mmのプラスチック粒子に変更した。しかし、粒子の粒径が小さ過ぎたせいで見かけ上の粘着性が現れたためか、感激水圧の上昇が十分には起きず斜面上での液状化が発生するには至っていない。このように、海底斜面模型の質量に対して、地震動制御装置の出力が弱く、海底斜面模型に十分な加速度を与えられないという問題を完全に解決することができず、実験の進捗がやや遅れている状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に引き続き、地震動による海底斜面の崩壊と引き続いて発生する混濁流の再現実験を行う。昨年度行った実験では、当初、地震動によって液状化した海底斜面上の土塊は流動性をまして斜面下方へと流下し、周囲の水に希釈されることによって混濁流へと移行することが予想された。しかし、実際は海底斜面上の土砂は液状化することなく斜面上を滑り落ちた。その際、崩壊土砂は周囲の水との混合によって希釈されることなく、混濁流への移行も確認できていない。今年度は、装置の改造および実験に用いる粒子の変更を行うことで、海底斜面上の液状化およびそれに伴う斜面崩壊を再現を再度試みる。
その実験の結果を基に、地震動による海底斜面崩壊の発生プロセスを記述できる数理モデルを構築する。特に斜面上の土砂の液状化に注目し、液状化が発生する条件および海底斜面崩壊が発生する条件を明らかにするとともに、それを再現する数理モデルを構築する。また、海底斜面崩壊から混濁流へと移行するプロセスについても数理モデルを構築する。さらに、海底斜面崩壊とそれに伴う津波および混濁流の発生をシミュレーションモデルの構築を始める。そして、最終的な目標としては、そのモデルに、前述の斜面崩壊発生モデルおよび斜面崩壊ー混濁流発生モデルを組み込んだ、統合数値モデルの構築を行う。
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