粒状体モデルを用いた土砂動態の数値モデルの開発

自然の流路は,砂礫によって構成された境界を有するいわゆる移動床流路であり,流れと砂礫の運動とは不可分の関係にある.雲仙水無川をはじめとする昨今の土砂災害の猛威を想うとき,災害防止および予測に必要な工学的手法の開発は焦眉の課題とも言うべきものである.土砂流動過程における砂粒子間の相互干渉は,砂粒子の増大とともに支配的となり,土石流,土砂流などの集合流動では流動特性を規定する重要な要因となるが,砂粒子間衝突に起因する個々の砂粒子の運動特性の変化を推定するための有効な手段はこれまで存在しなかった.本研究では,粒状体モデルを導入して粒子間衝突を考慮しながら複数の砂粒子の運動を同時に追跡可能なシミュレーションプログラムを開発し,個々の砂粒子が選択的に輸送される各個運搬から土石流,土砂流などの集合流動までの統一的記述を試みた.はじめに,砂粒子間相互の干渉を伴う砂粒子群の運動を模擬できるシミュレーションコードを個別要素法に基づき開発した.次に,砂粒子間の相互干渉が粒子群全体の流動にどのように寄与しているのかを明らかにするため,開発されたシミュレーションコードを用いて種々の条件下で数値実験を実施した.数値実験の結果は,砂粒子の運動軌跡や移動速度に関する膨大な数値データとして与えられるが,これらの膨大な情報から砂粒子群の挙動をコマ送りで示すスナップショットを作成した.具体的な計算は,表層にせん断を受ける砂層を対象として実施し,層内での砂粒子の運動特性を明らかにした.さらに,同一のモデルを海岸部におけるシートフロー漂砂に適用して数値実験を実施し,一連の結果を整理してシートフロー状態の半周期漂砂量を算定し,漂砂量式を提案した.

自然の流路は,砂礫によって構成された境界を有するいわゆる移動床流路であり,流れと砂礫の運動とは不可分の関係にある.雲仙水無川をはじめとする昨今の土砂災害の猛威を想うとき,災害防止および予測に必要な工学的手法の開発は焦眉の課題とも言うべきものである.土砂流動過程における砂粒子間の相互干渉は,砂粒子の増大とともに支配的となり,土石流,土砂流などの集合流動では流動特性を規定する重要な要因となるが,砂粒子間衝突に起因する個々の砂粒子の運動特性の変化を推定するための有効な手段はこれまで存在しなかった.本研究では,粒状体モデルを導入して粒子間衝突を考慮しながら複数の砂粒子の運動を同時に追跡可能なシミュレーションプログラムを開発し,個々の砂粒子が選択的に輸送される各個運搬から土石流,土砂流などの集合流動までの統一的記述を試みた.はじめに,砂粒子間相互の干渉を伴う砂粒子群の運動を模擬できるシミュレーションコードを個別要素法に基づき開発した.次に,砂粒子間の相互干渉が粒子群全体の流動にどのように寄与しているのかを明らかにするため,開発されたシミュレーションコードを用いて種々の条件下で数値実験を実施した.数値実験の結果は,砂粒子の運動軌跡や移動速度に関する膨大な数値データとして与えられるが,これらの膨大な情報から砂粒子群の挙動をコマ送りで示すスナップショットを作成した.具体的な計算は,表層にせん断を受ける砂層を対象として実施し,層内での砂粒子の運動特性を明らかにした.さらに,同一のモデルを海岸部におけるシートフロー漂砂に適用して数値実験を実施し,一連の結果を整理してシートフロー状態の半周期漂砂量を算定し,漂砂量式を提案した.