ため池堤体の細粒分流出を再現した実験システムの構築と流出進行メカニズムの解明

再现水库堤坝细颗粒径流实验系统的构建及径流进展机制的阐明

基本信息

批准号：
21J14582
负责人：
石丸太一
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Yamaguchi University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

貯水を目的としたため池堤体や河川堤防の土構造物内部では，粗粒な土粒子が形成する間隙空間を細粒な土粒子のみが流出する現象であるサフュージョン（細粒分流出）が発生し，潜在的に透水性の増加や地盤耐力の低下を引き起こしていることが分かっている。しかし，それが土構造物に与える影響は元より，その発生や進行のメカニズム，発生要因についても十分に解明されていない。本研究課題の目的は，細粒分流出現象を再現するための実験システムを構築し，細粒分流出の発生・進行メカニズムを解明することである。本研究では，細粒分流出現象を再現するための円筒型カラム通水装置を作製し，模型地盤の上載圧の大きさ，および動水勾配の変動が細粒分流出に与える影響を調べた。新たな実験システムを構築するにあたり，細粒分流出の評価指標の一つとして排水濁度に着目した結果，細粒分流出実験で得られる排水の濃度―濁度関係が土粒子排出量の変動だけでなく，排出土粒子径の変動も反映しており，実験条件によってユニークに変化していることが分かった。この発見により，これまでの細粒分流実験では捉えることが困難であった流出土粒子径の変化を，排水濁度から分析することが出来るようになった。模型地盤の上載圧の大きさが細粒分流出に与える影響を調べた結果，上載圧が大きいほどサフュージョンが発生しにくくなることが分かった。一方で，上載圧の大きさによる流出土粒子径の違いはみられなかった。動水勾配変動下における細粒分流出の進行について調べた結果，供試体に初めて動水勾配を与えた段階で，粒径が小さく流れやすい土粒子は既に抜けており，動水勾配の変化後に流出する土粒子は，比較的径の大きな土粒子であることが分かった。また，動水勾配の変動を繰り返すと流出土粒子径は徐々に大きくなることが分かった。この結果は，流出土粒子径が細粒分流出の進行度を評価する項目になることを示した。

众所周知，在水库堤坝和河堤等用于蓄水的土结构内部，只有细小的土壤颗粒从由粗的土壤颗粒形成的孔隙空间中流出的现象是充足的（细颗粒流出）。可能导致透水性增加和土壤承载力降低。然而，不仅它对地球结构的影响，而且其发生和发展的机制以及引起它的因素尚不完全清楚。本研究项目的目的是构建一个实验系统来重现细颗粒流出现象，并阐明细颗粒流出发生和进展的机制。在本研究中，我们制作了圆柱水流装置来再现细颗粒径流现象，并研究了模型地面上覆压力和水力梯度的变化对细颗粒径流的影响。在构建新的实验系统时，我们将废水浊度作为细颗粒径流的评价指标之一，结果发现，细颗粒径流实验中得到的废水浓度与浊度的关系是变化的基础。除此之外，它还反映了排放土壤颗粒尺寸的变化，并且发现随着实验条件的不同而发生独特的变化。这一发现使得分析废水浊度引起的排水土壤粒径的变化成为可能，而以前的细粒分流实验很难检测到这种变化。研究了模型地面上覆压力大小对细颗粒径流的影响，发现上覆压力越大，越不容易发生溢流。另一方面，根据上覆压力的大小，冲刷土壤的颗粒尺寸没有变化。通过调查水力梯度变化下细颗粒径流的进展情况，发现当第一次对试件施加水力梯度时，粒径小、易流动的土壤颗粒已经脱落，并且在水力梯度变化后发现，流出的土壤颗粒直径比较大。研究还发现，随着水力梯度的反复波动，径流土壤的粒径逐渐增大。这些结果表明，冲刷土壤的粒径可以用来评价细粒径流的进展情况。