土石流の侵食・堆積に微細土砂の液相化が及ぼす影響の解明と数値計算への適用

本研究では、土石流の流動抵抗と侵食・堆積に対して、微細土砂の液相化が与える影響を明らかにする。今年度は最終年度であるため、主にこれまでの研究のとりまとめを行い、これまでの実験結果を再整理した上で数値計算モデルの完成を目指した。まず、昨年度に構築した均一粒径からなる土石流の流れの遷移を記述するモデルを、昨年度に行った微細土砂からなる土石流の堆積実験に適用した。これにより、従来は説明が困難であった、微細土砂からなる土石流の堆積勾配の記述に成功した。さらに、混合粒径土石流における微細土砂の液相化の理論的記述を、均一粒径での流れ遷移モデルをもとに試みた。昨年度までに行った大小二粒径からなる土石流の実験結果を再解析した結果、分級による流れ鉛直方向の分布を考慮し、下層の小粒子層に対して流れの遷移モデルを適用することで微細土砂の液相化を説明できる可能性が示唆された。これらの成果により、微細土砂が土石流の流動機構に与える影響についての基礎的なメカニズム解明に大きな進展が見られた。一方、昨年度に構築した微細土砂を含む土石流の数値計算モデルは侵食過程のみを対象としていたが、これまでの実験から明らかになった粗粒砂と微細土砂の挙動の違いを堆積過程の表現に取り入れることで、侵食・堆積過程における微細土砂の不可逆的な挙動を反映することが可能になった。また、この数値計算モデルを現地で発生した土石流事例に適用し、再現性が得られることを確認したが、高勾配領域での侵食過程の再現などの新たな課題も明らかになった。以上のように本研究では、実験的に明らかになった流れの遷移機構をもとに微細土砂の挙動をモデル化し、数値計算モデルに実装することができたという点で、土石流の基礎研究・防災への応用上、重要な成果が得られたと考えられる。

本研究では、土石流の流動抵抗と侵食・堆積に対して、微細土砂の液相化が与える影響を明らかにする。今年度は最終年度であるため、主にこれまでの研究のとりまとめを行い、これまでの実験結果を再整理した上で数値計算モデルの完成を目指した。まず、昨年度に構築した均一粒径からなる土石流の流れの遷移を記述するモデルを、昨年度に行った微細土砂からなる土石流の堆積実験に適用した。これにより、従来は説明が困難であった、微細土砂からなる土石流の堆積勾配の記述に成功した。さらに、混合粒径土石流における微細土砂の液相化の理論的記述を、均一粒径での流れ遷移モデルをもとに試みた。昨年度までに行った大小二粒径からなる土石流の実験結果を再解析した結果、分級による流れ鉛直方向の分布を考慮し、下層の小粒子層に対して流れの遷移モデルを適用することで微細土砂の液相化を説明できる可能性が示唆された。これらの成果により、微細土砂が土石流の流動機構に与える影響についての基礎的なメカニズム解明に大きな進展が見られた。一方、昨年度に構築した微細土砂を含む土石流の数値計算モデルは侵食過程のみを対象としていたが、これまでの実験から明らかになった粗粒砂と微細土砂の挙動の違いを堆積過程の表現に取り入れることで、侵食・堆積過程における微細土砂の不可逆的な挙動を反映することが可能になった。また、この数値計算モデルを現地で発生した土石流事例に適用し、再現性が得られることを確認したが、高勾配領域での侵食過程の再現などの新たな課題も明らかになった。以上のように本研究では、実験的に明らかになった流れの遷移機構をもとに微細土砂の挙動をモデル化し、数値計算モデルに実装することができたという点で、土石流の基礎研究・防災への応用上、重要な成果が得られたと考えられる。