河川堤防の浸透破壊の早期検出技術の高度化と激甚な洪水への対策法に関する実験的検討

河道堤防渗漏早期检测技术进展及特大洪水对策试验研究

基本信息

批准号：
21K04249
负责人：
堀越一輝
金额：
$ 2.5万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04249/
关键词：
パイピング内部侵食河川堤防浸透破壊治水対策

项目摘要

河川堤防の決壊パターンの一つに浸透によるパイピングの発生を原因とする破壊があり，近年，日本の河川堤防でも生じている．このパイピングは今後の気候変動の変化によって更に，その発生頻度が上昇することが推定されている．本研究では「従来型の土堤原則に則った堤防と浸透破壊に対して対策を施した堤防は，今後の気候変動による洪水外力増加を考慮した洪水の長期化や頻度増加にどれほど対応できるか」という疑問について検討するため，2021年度に激烈な洪水を再現した遠心模型実験を実施した．ここでいう激烈な洪水は，河川堤防の決壊の一因であるパイピングの発生初期段階で生じる噴砂を生じる河川水位が急激に河川堤防に作用した状況を想定している．２０２１年度遠心模型実験の結果，河川堤防に急激な河川水位が生じた場合，基礎地盤と堤防の境界で発生するパイピングによるパイプの断面は，緩やかな水位上昇によって発生するパイプと比べその断面が大きくなることがわかった．2021年度の後半に，遠心模型実験装置の故障により，この装置が長期間使用できなくなったため，２０２２年度は河川堤防でパイピングが生じる際，法尻部で発生する噴砂に着目し，重力場での噴砂再現実験を実施した．この実験では，模型供試体に与える水位条件（実際の河川堤防では河川水位の変動に相当）と被覆土層の層厚を実験パラメータとして発生した噴砂の形状を３次元計測する実験システムを構築した．これにより，これまで現実の河川堤防でわずかな記録のみしか取れていなかった噴砂の形状の特徴を実験的に確認することができた．実験は縮小模型であるが，いくつかのスケールで実施することによって，発生する噴砂のスケール効果を考慮する．この実験結果から得られた噴砂の３次元形状は，将来的に機械学習等の３次元的物体認識による河川堤防のリアルタイム監視発展の基礎データとなる．

河流堤坝的破坏模式之一是渗水造成的管道，近年来日本的河流堤坝也出现了这种情况。据估计，由于未来气候变化，这种管道将会更加频繁地出现。本研究的目的是研究“考虑到外部洪水力的增加，基于传统土堤原则的堤坝和采取防渗破坏措施的堤坝能够在多大程度上应对持续时间更长和频率增加的洪水”为了研究这个问题，我们进行了离心模型实验，重现了 2021 年的严重洪水。这里描述的严重洪水被认为是河水位突然作用在河堤上，导致管道初期出现喷沙的情况，这是河堤塌陷的原因之一。 2021年离心模型实验结果表明，当河堤上出现突发河水位时，基础地面与堤坝交界处的管道所形成的管道横截面大于管道横截面。这是由于水位逐渐上升而发生的。 2021年下半年，离心模型试验设备发生故障，导致该设备长期无法使用，因此2022年，我们将重点关注管道铺设时坡脚喷砂的情况并进行了重力场吹砂再现实验研究。在本实验中，我们构建了一个实验系统，该系统利用模型样本的水位条件（相当于实际河堤中河水水位的波动）和覆盖层的厚度，对生成的沙子的形状进行三维测量。土层作为实验参数．结果，我们能够通过实验确认吹沙形状的特征，而迄今为止，在实际河堤上只有很少的记录。尽管该实验是按比例缩小的模型，但通过在多个尺度上进行，考虑了生成砂的尺度效应。本次实验结果获得的吹沙三维形状，将为今后利用机器学习等三维物体识别技术开展河堤实时监测提供基础数据。