河川堤防の浸透破壊の早期検出技術の高度化と激甚な洪水への対策法に関する実験的検討

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河川堤防の決壊パターンの一つに浸透によるパイピングの発生を原因とする破壊があり，近年，日本の河川堤防でも生じている．このパイピングは今後の気候変動の変化によって更に，その発生頻度が上昇することが推定されている．本研究では「従来型の土堤原則に則った堤防と浸透破壊に対して対策を施した堤防は，今後の気候変動による洪水外力増加を考慮した洪水の長期化や頻度増加にどれほど対応できるか」という疑問について検討するため，2021年度に激烈な洪水を再現した遠心模型実験を実施した．ここでいう激烈な洪水は，河川堤防の決壊の一因であるパイピングの発生初期段階で生じる噴砂を生じる河川水位が急激に河川堤防に作用した状況を想定している．２０２１年度遠心模型実験の結果，河川堤防に急激な河川水位が生じた場合，基礎地盤と堤防の境界で発生するパイピングによるパイプの断面は，緩やかな水位上昇によって発生するパイプと比べその断面が大きくなることがわかった．2021年度の後半に，遠心模型実験装置の故障により，この装置が長期間使用できなくなったため，２０２２年度は河川堤防でパイピングが生じる際，法尻部で発生する噴砂に着目し，重力場での噴砂再現実験を実施した．この実験では，模型供試体に与える水位条件（実際の河川堤防では河川水位の変動に相当）と被覆土層の層厚を実験パラメータとして発生した噴砂の形状を３次元計測する実験システムを構築した．これにより，これまで現実の河川堤防でわずかな記録のみしか取れていなかった噴砂の形状の特徴を実験的に確認することができた．実験は縮小模型であるが，いくつかのスケールで実施することによって，発生する噴砂のスケール効果を考慮する．この実験結果から得られた噴砂の３次元形状は，将来的に機械学習等の３次元的物体認識による河川堤防のリアルタイム監視発展の基礎データとなる．