Elucidation of the mechanism of particle suspension in debris flows focusing on flow stratification and its implementation in a numerical model

大規模崩壊に起因する土石流は、一般的に流動性が高く、到達範囲が広くなる傾向にあるため大きな被害に繋がりやすい。流動性の高さの原因は、近年の研究で流れの乱れによって土石流中の粒子が浮遊することとされるが、粒子の浮遊機構については十分に明らかになっていない。そこで本研究では、土石流中の粒子の浮遊機構を水路実験に基づいて解明し、これを反映した土石流の数値計算モデルを開発することで、土石流の到達範囲予測の向上に繋げることを目指す。本年度は、土石流中の粒子の浮遊機構を検討するための水路実験を行った。本来の土石流中の粒子は幅広い粒度分布をもつが、本年度の検討では単純化のため、ほぼ一様粒径とみなせるような狭い粒度分布の粒子を用いて実験を行なった。実験では液体用微差圧センサーを用いることで、実験スケールの土石流の間隙水圧を高精度に測定できる新たな手法を開発した。これにより、従来は測定することが困難であった土石流中の粒子の浮遊量を、粒子の浮遊による土石流の間隙水圧の変化に着目することで算出することに成功した。土石流中の粒子が流れの乱れの影響を受ける度合いを表す指標として、土石流に対するレイノルズ数を導入したところ、レイノルズ数がある閾値を超えると粒子の浮遊が始まり、レイノルズ数の増大に応じて浮遊量が大きくなることが分かった。このことから、粒子の浮遊量を土石流のレイノルズ数に応じて算出するモデルを作成した。

大規模崩壊に起因する土石流は、一般的に流動性が高く、到達範囲が広くなる傾向にあるため大きな被害に繋がりやすい。流動性の高さの原因は、近年の研究で流れの乱れによって土石流中の粒子が浮遊することとされるが、粒子の浮遊機構については十分に明らかになっていない。そこで本研究では、土石流中の粒子の浮遊機構を水路実験に基づいて解明し、これを反映した土石流の数値計算モデルを開発することで、土石流の到達範囲予測の向上に繋げることを目指す。本年度は、土石流中の粒子の浮遊機構を検討するための水路実験を行った。本来の土石流中の粒子は幅広い粒度分布をもつが、本年度の検討では単純化のため、ほぼ一様粒径とみなせるような狭い粒度分布の粒子を用いて実験を行なった。実験では液体用微差圧センサーを用いることで、実験スケールの土石流の間隙水圧を高精度に測定できる新たな手法を開発した。これにより、従来は測定することが困難であった土石流中の粒子の浮遊量を、粒子の浮遊による土石流の間隙水圧の変化に着目することで算出することに成功した。土石流中の粒子が流れの乱れの影響を受ける度合いを表す指標として、土石流に対するレイノルズ数を導入したところ、レイノルズ数がある閾値を超えると粒子の浮遊が始まり、レイノルズ数の増大に応じて浮遊量が大きくなることが分かった。このことから、粒子の浮遊量を土石流のレイノルズ数に応じて算出するモデルを作成した。