土砂・洪水氾濫による災害を防止・軽減するための汎用シミュレータの開発

开发预防和减少山体滑坡和洪水灾害的通用模拟器

基本信息

批准号：
21H01597
负责人：
里深好文
金额：
$ 9.4万
依托单位：
Ritsumeikan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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

项目摘要

幅広い粒度分布を持つ土砂に対し急勾配領域から緩勾配領域まで適用できる流砂モデルを構築するために、研究代表者が開発してきた慣性土石流の統一モデルをベースとして、研究分担者らが開発してきた土石流中の細粒土砂のフェーズシフトのモデルと、急勾配河川における浮遊砂モデルとを組み入れることにより、土石流から掃流砂・浮遊砂までを対象とする新たな流砂モデルを開発している。新たな流砂モデルの妥当性を検証するために、水路実験を実施してデータを収集した。掃流状集合流動は底面付近の砂礫移動層と表面付近の水流層に分類され、砂礫移動層中には乱流状に移動する細粒土砂と層流状に移動する粗粒土砂が存在し、水流層中には、乱流状に移動する細粒土砂が存在すると考えられるがそれぞれ相互作用・交換については十分に理解されていない。そこで、水路実験を通して、細粒土砂を含む掃流状集合流動の実態を明らかにした。また、勾配変化点における混合砂礫土砂の堆積に関する水路実験を様々な条件下で実施し、従来の数値計算で用いられている堆積速度式の適用性に関して検討した。急こう配の直線水路下流側に緩勾配区間（3度以下）を設けて、勾配変化点周辺の流動況（水流層と土砂移動層の厚さや流速、土砂濃度、境界面および河床面を通じた土砂の移動）を高速度ビデオカメラおよび通常のビデオカメラで記録した。この動画を基に土砂移動過程を追跡し、実験データを得た。実験には粒 0.1mm～3mmの珪砂や粒 5mm～3cmの自然砂礫を使用している。さらに、大型のビーカーと攪拌機を用いた細粒土砂の浮遊、沈降に関する室内実験をあわせて行い、粒径の違いが堆積速度に及ぼす影響や、異なる粒径の粒子同士の河床との交換時の相互作用について調べた。

为了构建适用于从陡坡到缓坡地区各种粒径分布的沉积物的流沙模型，研究人员在主要负责人开发的惯性泥石流统一模型的基础上开发了模型。通过结合泥石流中细粒沉积物的相移模型和陡峭河流中的悬浮沉积物模型，我们正在开发一种新的流沙模型，涵盖从泥石流到基岩和悬浮沉积物的所有内容。为了验证新流沙模型的有效性，我们进行了水槽实验并收集数据。床状集合流分为近底部的砾石运动层和近地表的水流层，砾石运动层内有湍流运动的细粒沉积物和湍流运动的粗粒沉积物。人们认为水流层中存在湍流运动的细粒沉积物，但它们的相互作用和交换尚不完全清楚。因此，通过水槽实验，我们阐明了含有细泥沙的类底泥集体流的实际状态。此外，还进行了不同条件下坡变点混合砂砾石沉积的水槽实验，研究了常规数值计算中沉积速率公式的适用性。在陡坡直道下游侧设置缓坡断面（3度以下），分析坡变点周围的水流状况（水流层和输沙层的厚度和速度、含沙量、泥沙浓度）通过高速摄像机和普通摄像机记录流经边界面和河床表面的流动）。根据这段视频，我们跟踪了泥沙运动过程并获得了实验数据。实验采用颗粒为0.1毫米至3毫米的硅砂和颗粒为5毫米至3厘米的天然砾石。此外，我们利用大烧杯和搅拌器进行了细泥沙的悬浮和沉降实验室实验，研究了颗粒尺寸的差异对沉降速率的影响以及不同尺寸的颗粒与河床交换的影响。相互作用。