流木堆積による橋脚周りの大規模局所洗堀を予測する数値解析モデルの構築

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今年度は，昨年度の検討結果を踏まえて，基礎的な実験とそれによる解析モデルの改善・検証を実施した．Schalko博士の実験は，流れ・流木・土砂の3者の動きと相互干渉が関係する洗掘現象が扱われているが，解析モデルの問題点の把握と改善策の検討に向けて，流木挙動を固定化した洗掘実験を実施した．また，解析モデルに組み込む流砂解析モデルは，実河川への将来的な適用を考え，昨年度利用した粒子追跡型の非平衡流砂モデルに替えて，計算負荷の少ない非平衡流砂モデルについて提案・検証を行った．基礎実験は，0.4m幅の直線水路に珪砂4号を0.1m厚で敷き均し，流木堆積を模擬した横断遮蔽物（網かごの中に流木模型をランダムに投入，流木が占める体積率は40％）を設置した水路を設定した．砂面から横断遮蔽物の底面までの初期高さは0.03mとし，流量は一定値0.008m3/sを供給した．河床洗掘の状況等をビデオカメラで記録するとともに，通水10分後に河道中央の縦断的な水面形と河床形状の測定を行った．新たな非平衡流砂モデルを組み込んだ解析モデルを上述の基礎実験に適用し，検討した結果，洗堀深は実験値に比べて過小評価となり，流木挙動を固定化した中での洗堀現象も解析モデルで捉えられないことが分かった．流れ場の圧力分布を捉えられていないこと（静水圧近似）が要因と考え，簡易に非静水圧分布を解析する手法を流体解析に組み込むことで，流体解析の改善を図った．この非静水圧を考慮した解析モデルを基礎実験データに適用したところ，解析による洗堀深および最大洗掘位置は実験の状況を再現できることが明らかとなった．流体解析および流砂解析について，実用性を考慮した非静水圧モデルと非平衡流砂モデルをそれぞれ提案し，それらを組み合わせた解析モデルにより河床洗掘現象の再現性が向上することを提示した．