New developments in fluid and mixed grain size granular mechanics based on Available Porosity theory

基于有效孔隙度理论的流体和混合粒度颗粒力学新进展

• 批准号: 21K18750
• 负责人: 内田 龍彦
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18750/
• 关键词: オイラー型混相流モデル; 混合粒径; 空隙率; 粗粒化; 混合粒径流砂量式; AP理論; 流速分布; 堆積実験; 利用可能空隙率; 粒径比; 粗粒子充填; 細粒子充填; 歪; 浸透流

河川の地形は異なる粒径の土砂で構成させており，地形変化解析においては混合粒径の土砂輸送解析が必須である，しかし，広域，長期解析に適する領域平均可能なオイラー型の有効な解析手法が確立されておらず，半世紀近く未解決のままであり，河川，海岸や地形に関する多くの学術，技術の発展を妨げていた．具体的には混合粒径土砂輸送解析に用いられてきた交換層厚と空隙率は計算結果を支配する重要なパラメータであるが，これまで決定的な評価手法は無い問題がある．著者らは個別の粒子を解析する個別要素法では，交換層の問題が表れないことに着目し，積分可能なオイラー型モデルでも空隙率や交換層の問題を解決することができると考え，細粒子の利用可能空間として定義されたAvailable Porosity (AP) という新しい理論を提案し，検討した．AP理論では，水流の作用（分級・混合）による土砂体積の増加・減少を考慮できるが，静的な状態を表すために，すべての粒子は瞬時に利用可能空間に侵入できると仮定している．本研究では，これを空隙間の粒子運動の解析にさらに展開し，これまでマクロモデルによる検討が出来なかった混合粒径粒状体と流体の混相流動など問題解決に繋げるものである．本年度では幅広い粒度分布をもつ土石流堆積土の空隙率調査，空気中と静水状態における土砂堆積実験を行い，これまでのAP理論に基づく数値解析結果と比較し検証した．さらに，流れによる細粒土砂が流出する過程の二粒径実験を行い，既往の方法と比較することでAP理論に基づく連続式の妥当性と有効性を明らかにした．そして，それを用いて各時間，各場所の細粒土砂量を算出し，従来の流砂量式の課題を明確にするとともに，AP理論を生かした各粒径の高さを考慮した新しい流砂量式を検討した．

The analysis of soil and sand transport with different grain sizes in river topography is necessary for analysis of soil and sand transport with mixed grain sizes in topography transformation analysis. The analysis method of domain average possibility type is established for analysis of soil and sand transport with mixed grain sizes in topography transformation analysis. The problems related to river and coastal topography have not been solved for nearly half a century. Specific mixed particle size soil and sand transport analysis is used in the calculation of the exchange layer thickness and porosity is dominated by the calculation results. The individual element method is used to analyze the individual particles, and the problem of exchange layer is solved. The integration method is used to solve the problem of Porosity and exchange layer. The application space of fine particles is defined. The new theory is proposed. The AP theory is discussed. The effect of water flow (classification and mixing) on the increase and decrease of soil and sand volume is considered. The static state is expressed in terms of the instantaneous use of possible space by particles. In this paper, the analysis of particle motion in the void space is developed, and the problems of mixed particle size and mixed phase flow are solved. This year, the particle size distribution of debris flow accumulation soil voidage investigation, air and static water state of soil and sand accumulation in the process, this is the AP theory of the basis of the number of analytical results and comparison. The two particle sizes of fine sand in the process of flowing out are compared with the previous methods and the validity of AP theory is clarified. The calculation of fine sand quantity at each time and place is based on AP theory. The calculation of fine sand quantity at each place is based on AP theory.

项目成果

根谷川における土砂堆積量観測装置の出水時への適用と土砂堆積厚推定式の改良

涅雅河洪水期泥沙量观测设备的应用及泥沙厚度估算公式的改进

• 发表时间: 2021
• 作者: Hitomu Kotani;Kazuyoshi Nakano;矢ヶ井那津・田中尚人;田中尚人・坂井華海;Guribosutan Kinugawa and Riki Honda;中澤悠悟，本田利器，小谷仁務;阪上 健，内田龍彦;佐伯雄一，中田一騎，内田龍彦;Tatsuhiko Uchida;橋本 光生，内田 龍彦;Jiang Yicheng，内田 龍彦;中田 一騎，細井 啓示，内田 龍彦，永井 秀和
• 通讯作者: 中田 一騎，細井 啓示，内田 龍彦，永井 秀和

幅広い粒度分布を持つ土砂の空隙率の算定法とその検討

宽粒度分布土的孔隙度计算方法及其研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Hitomu Kotani;Kazuyoshi Nakano;矢ヶ井那津・田中尚人;田中尚人・坂井華海;Guribosutan Kinugawa and Riki Honda;中澤悠悟，本田利器，小谷仁務;阪上 健，内田龍彦;佐伯雄一，中田一騎，内田龍彦;Tatsuhiko Uchida;橋本 光生，内田 龍彦
• 通讯作者: 橋本 光生，内田 龍彦

根谷川における土砂動態把握のための土砂堆積高計測装置の開発と適用

泥沙堆高测量装置的开发与应用，了解涅雅河泥沙动态

• 发表时间: 2023
• 作者: Hitomu Kotani;Kazuyoshi Nakano;矢ヶ井那津・田中尚人;田中尚人・坂井華海;Guribosutan Kinugawa and Riki Honda;中澤悠悟，本田利器，小谷仁務;阪上 健，内田龍彦;佐伯雄一，中田一騎，内田龍彦
• 通讯作者: 佐伯雄一，中田一騎，内田龍彦

Effect of skewness and standard deviation on porosity in sediment with wide particle size distribution

偏度和标准差对宽粒度分布沉积物孔隙度的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: Hitomu Kotani;Kazuyoshi Nakano;矢ヶ井那津・田中尚人;田中尚人・坂井華海;Guribosutan Kinugawa and Riki Honda;中澤悠悟，本田利器，小谷仁務;阪上 健，内田龍彦;佐伯雄一，中田一騎，内田龍彦;Tatsuhiko Uchida;橋本 光生，内田 龍彦;Jiang Yicheng，内田 龍彦
• 通讯作者: Jiang Yicheng，内田 龍彦

細粒土砂の砂防堰堤からの流出機構

萨博坝细粒泥沙流出机理

• 发表时间: 2023
• 作者: Hitomu Kotani;Kazuyoshi Nakano;矢ヶ井那津・田中尚人;田中尚人・坂井華海;Guribosutan Kinugawa and Riki Honda;中澤悠悟，本田利器，小谷仁務;阪上 健，内田龍彦
• 通讯作者: 阪上 健，内田龍彦