高濃度流の流動機構と分類基準に関する研究

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研究の成果を列記すると下記のようである。(1)掃流状集合流動機構の解明:二次元高濃度流の流れの運動方程式の各項を比較し、慣性項と衝突応力項の比を表す無次元量が導かれた。この無次元パラメータは相対水深と濃度の関数として表され、高濃度流の流況を規定する。従来掃流状集合流動と称されていた領域の流れについて、慣性力と衝突応力が支配的な二層に分け、それぞれの層について流速及び濃度の式を導き、両者の界面での接合条件を適用して、濃度分布式、抵抗則、流砂量式などを導き、種々の粒径及び勾配で行った実験により検証した。その結果、従来あいまいであった掃流状集合流動のメカニズムが明確にされた。(2)抵抗則:現象を規定するパラメータが相対水深と濃度であることに着目し、流速係数に対する濃度の影響を調べた。従来提案されている土石流や泥流の式においては、流速係数は濃度に無関係とされているが、広い範囲の泥流・土石流のデータを検討した結果、同一相対水深においては、濃度の増加とともに流速係数が減少し、抵抗が増大していることが見出された。その結果、抵抗は相対水深と濃度によって規定されることが明らかになり、泥流から土石流に至る広い範囲の高濃度流に適用可能な流速係数の実用式が提案された。(3)流砂量:従来の土石流の式は、流砂量は勾配のみによって規定され水深には無関係とするものが多い。しかし、次元解析によると、流砂量は無次元掃流力と相対水深によって規定されると思われる。そこで、水路勾配が1°から30°の範囲のデータを収集・整理し、流砂量に関して新たな経験式を提案した。この式は、パラメータとして無次元掃流力と相対水深の項を含み、泥流から土石流まで適用範囲が広い。また、雲仙・水無し川におけるシミュレーションから、従来の式では表せなかった実河川における緩勾配高濃度の土石流にも適用できることが明らかにされた。