Numerical investigation on stability of gravel bags in flooding as flexible riverbank protection works and a new design method

柔性河岸防护工程中砾石袋在洪水中稳定性的数值研究和新的设计方法

• 批准号: 19K04623
• 负责人: 福田 朝生
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: University of the Ryukyus (2020-2022)Chuo University (2019)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K04623/
• 关键词: 袋詰玉石工; 固液混相流解析; 屈撓性; 個別要素法; 河岸保護; 構造; 配置; 安定性解析

袋詰玉石とは20cm程度の石礫数トンを網で包んだものである．袋詰玉石工は，複雑な河岸地形でも施工ができ河岸侵食を抑制し，また，空隙を有するため生物の生息場にもなり，環境面からも優れている．しかし，袋詰玉石工が水流に対して安定する条件が十分明らかになっていないために適切な設計法がなく，流失してしまう事例も多い．袋詰玉石工に作用する流体力は水理実験で計測することは容易ではない．そのため，袋詰玉石工の水流中の安定性を考察するためには，水理実験とともに数値解析を活用した研究アプローチが肝要である．初年度では，主に水流と袋詰玉石工の相互作用を考察することができる新しい数値解析モデルを開発した．2年目は，実寸大の1/20程度のスケールの袋詰玉石工のモデルを作成し，このモデルを用いて水理実験を実施し，袋詰玉石工周囲の流れ場を詳細に計測し，また，袋詰玉石工の移動限界状態の様子を記録した．3年目は，2年面に実施した袋詰玉石工の再現計算を実施し，解析に用いる計算格子サイズなどのモデル条件の感度分析を行った．当該年度である4年目は，解析結果から得られる袋詰玉石工モデルの移動限界の力が，実験結果に対してやや小さく評価される課題に対して，解析の袋詰玉石工の網のモデルをいくつか変更して，移動限界の力に及ぼす網のモデルの影響の感度分析を行った．これまでの数値解析の構築，袋詰玉石工の実験を通して，袋詰玉石工の水流に対する安定性について，数値解析を用いて検討することができる研究体制を構築することができた．これにより，種々の袋詰玉石工の配置条件に対して，数値解析を用いて安定性を分析できるようになるため，水流に対して安定な袋詰玉石工の配置検討に対して，本研究で構築した数値解析モデルの果たす役割は大きい．

一块装袋的巨石是一块净覆盖的石头，高约20厘米。装袋的鹅卵石泥工甚至可以安装在复杂的河岸地形上并抑制河流侵蚀，并且由于它们具有空隙，因此它们也可以用作生存事物的栖息地，从而使它们成为一个极好的环境。但是，在许多情况下，被解雇的鹅卵石状况不足以确保水流稳定，并且没有合适的设计方法，并且丢失了产品。在液压实验中，作用在包装的鹅卵石泥工上的流体力并不容易测量。因此，为了考虑水流中袋装的鹅卵石砌体的稳定性，必须使用数值分析以及液压实验的研究方法。在第一年，我们开发了一种新的数值分析模型，该模型可以主要检查水流与袋装鹅卵石砌体之间的相互作用。在第二年，我们以大约1/20的规模创建了一个装袋的鹅卵石砌体模型，并使用该型号进行了液压实验，详细测量了袋装的鹅卵石砌体周围的流场，并记录了装袋的鹅卵石泥泥的移动限制状态。在第三年，进行了第二年进行的袋装鹅卵石砌体的复制计算，并对模型条件（例如用于分析的计算晶格大小）进行了灵敏度分析。在一年中的第四年中，对于从分析结果获得的行李codmark模型的运动极限力量相对于实验结果的评估略微，我们更改了分析中的几个模型，并对净模型对运动极限力的影响进行了敏感性分析。通过构建先前的数值分析和用装袋的鹅卵石实验，我们能够建立一个研究系统，该研究系统可用于使用数值分析来检查装袋的鹅卵石抵抗水流的稳定性。这允许使用数值分析为包装的COD的各种布置条件进行分析，因此在这项研究中构建的数值分析模型的作用在检查对水流稳定的袋式COD的排列方面起着重要作用。

项目成果

琉球大学水圏環境工学研究室ホームページ

琉球大学水生环境工程实验室主页

帯工袖部の侵食対策としての袋詰玉石工の構造・配置検討

袋装鹅卵石的结构和布置研究，作为皮带作业套筒侵蚀对策

• 发表时间: 2019
• 作者: 福田朝生;澁谷慎一;福岡捷二
• 通讯作者: 福岡捷二

INVESTIGATION ON TURBULENT STRUCTURE OF SEDIMENT FLOWS OF SINGLE SIZED PARTICLE BY USING THREE-DIMENSIONAL SOLID-FLUID MULTIPHASE SIMULATION

三维固流多相模拟研究单一尺寸颗粒泥沙流湍流结构

• DOI: 10.2208/jscejhe.78.2_i_895
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. B1 (Hydraulic Engineering)
• 作者: 山口栄治;福田朝生
• 通讯作者: 福田朝生

琉球大学工学部社会基盤デザインコース水圏環境工学研究室ホームページ

琉球大学工学部社会基础设施设计课程水环境工学实验室主页

Interface-Resolved Simulationによる水土砂災害対策の検討

使用接口解析模拟考虑水灾和滑坡灾害对策

• 发表时间: 2022
• 期刊: ながれ
• 作者: 福田朝生