Development of analysis model for backward erosion piping in foundation under levee based on new concept of seepage flow

基于渗流新概念的堤下基础反冲管道分析模型建立

• 批准号: 20K14841
• 负责人: 田端 幸輔
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: National Institute for Land and Infrastructure Management (2021-2022)Chuo University (2020)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14841/
• 关键词: 堤防; 基盤透水層; パイピング破壊; 浸透流; 粒度分布; 空隙率; 三次元浸透流解析; 干渉沈降速度; 固液二相流二流体モデル

R3年度は、パイピング進行を表現するためのモデル構築を実施した。各粒径の土砂移動については、浸透流速がRichardson & Zakiの干渉沈降速度を超えた場合に生じるものとし、土砂の移動速度は浸透流速と同じであると実用上仮定した。また、土砂の連続式により、土砂の抜け出しに伴う空隙率の増大を表現した。これにより、多孔質体内の粒子の選択的抜け出しと、これに伴う空隙率・粒度分布の時間変化、浸透流の集中・発達を表現できるモデルを構築した。構築したモデルを模型実験データに適用し、用いた仮定の妥当性、適用限界等を確認した。R4年度は、R3年度に構築したモデルと、実務で使用される手法との比較を行った。なお、実務で使用される手法とは、20%粒径の値から経験的に透水係数を推定した上で、Darcy則により浸透流速を、Richards式により圧力水頭をそれぞれ解析する一般的な手法である。これにより、土砂輸送が生じるまでの段階では、本研究で構築したモデルと一般的なモデルとで大差はないが、土砂輸送が生じ始めると、粒度分布と空隙の場所的な変化によって、流れと圧力分布が急激に変化することから、土砂輸送考慮の有無はパイピング発生危険性の評価結果に大きな影響を及ぼすことが確認された。また、堤防下の基礎地盤の土層構造、粒径、外力（河川水位）を変化させたときに、堤防法先からの噴砂量及びパイピング発達距離がどのように変化するのかを体系的に調べ、堤防破壊の危険性を高める可能性のある要因について検討を行った。これにより、現地堤防のパイピング破壊危険性を評価する上で見落とされていた点や、新たに調査すべき項目について整理した。

R3 year, the performance of the project, the construction of the project For each particle size, the sand movement velocity, infiltration velocity, Richardson & Zaki's dry sedimentation velocity, etc. are determined. The increase of porosity is accompanied by the increase of soil and sand quality. In this case, the particle size distribution in porous materials is changed with time, and the concentration and arrival of infiltration flow are also changed. To confirm the suitability of the model, the suitability of the model, and the application limits. R4, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R In practice, methods such as 20% particle size, water permeability coefficient, Darcy permeability, Richards equation, pressure head, etc. are used. This study establishes a general model for soil and sand transportation, a large difference in soil and sand transportation, a change in particle size distribution, and a change in void location, a change in flow pressure distribution, and a change in soil and sand transportation considering the presence or absence of soil and sand transportation. The soil structure, grain size, external force (river water level) of the foundation site under the dike, sand blasting amount and sand blasting distance of the dike method, adjustment of the system, high possibility of dike failure, and important factors are discussed. This is the first time that the United States has been involved in the construction of a new project.

项目成果

基盤境界の空隙条件が堤防基盤浸透流と堤防破壊危険性に及ぼす影響

基岩边界孔隙条件对堤底渗流及堤坝溃决风险的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 白柳洋俊;渡邉友泰;羽鳥剛史;栗原克幸，福岡捷二，田端幸輔
• 通讯作者: 栗原克幸，福岡捷二，田端幸輔

粒子配置及び空隙構造の三次元性を考慮した堤防基盤浸透流のモデル化と堤防法先周辺の浸透流特性に関する研究

考虑颗粒排列和孔隙结构三维性的堤底渗流建模及堤尖周围渗流特性研究

• 发表时间: 2020
• 期刊: 土木学会論文集B1(水工学)
• 作者: Celso Luis Fernando;Toshio Yoshii;Takahiro Tsubota;Hirotoshi Shirayanagi;栗原克幸，田端幸輔，福岡捷二
• 通讯作者: 栗原克幸，田端幸輔，福岡捷二

非等方透水係数を考慮した堤防基盤における浸透流のモデル化と堤防法先地盤の緩みの影響評価

考虑各向异性导水系数的路堤基层渗流模拟及路堤法前地基松动影响评价

• 发表时间: 2020
• 作者: Takahiro Tsubota;Mamoru Shimmizu;Toshio Yoshii;Hirotoshi Shirayanagi;高山宇宙，古森開，森本章倫;佐津川功季，和田健太郎;栗原克幸，田端幸輔，福岡捷二
• 通讯作者: 栗原克幸，田端幸輔，福岡捷二