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横坂怜

芯壁堤の浸透模型試験とその数値解析に関する研究

大塚悟

斜面崩壊や河川堤防の破堤は人命や財産を脅かす重大な災害であり，これに対する防災対策は急務の課題となっている．本研究では，浸透崩壊への対策工法として矢板を設置した芯壁堤の実用化を目的に，芯壁堤で用いる効果的な矢板構造の検証および問題点の改善を目指す．
既往の研究では，矢板を設置したケースと無対策のケース，透水性を高めた矢板を用いたケースの浸透・越流模型実験が行われており，浸透崩壊に対しての有用性が検証されている．越流に対しては，透水性の矢板ではスリット部から砂が流出し，改善が必要であるという結果となった．また，再現性を確認するため浸透流解析が行われている．その結果，無対策の実験ケースでは，飽和・不飽和浸透流解析と剛塑性有限要素法を連成させた解析手法を用い，堤体内部の間隙水圧分布や飽和度分布などの定量的な評価が可能であれば，精度良く浸透破壊現象を表現することが可能であることが確認されている．しかし，鋼矢板を用いた強化堤体に対する実験ケースについて浸透流解析を行ったところ，3次元的に水の流れを考慮しなければ実験結果の値と乖離がある結果となった．
そこで，本研究では越流を考慮した透水性の矢板構造を考案し，実験による比較を行った．また，鋼矢板を用いたケースにおいて，3次元での浸透流解析を行うことで合理的な結果を求め，浸透・越流に対して効果的な矢板構造について検討した．
矢板を用いたケースにおける3次元での解析により，実験値に非常に近い結果から，精度よく解析計算ができた．透水性の高い矢板は，越流時に排水用のスリットや穴から砂が流出し，崩壊の原因となるため，砂が流出しにくい構造にする必要があり，現状ではCase-5（穴あきφ = 5 mm）が最も有用であることがわかった．
崩壊原因につながる内部侵食においては，未だ解明されていない課題であり，条件やその進展具合など系統的な試験が行わなければならない．そこで，内部侵食の基礎的な実験を行い，実験前後における地盤内の粒度分布の変化を計測した．また，研究の端緒として，地盤の粒度分布を各粒径の土粒子重量を変数によって表現することにより，地盤の粒度分布を表現するといった第1次近似的な内部侵食モデルを考案し，数値解析手法を開発した．
実験の結果，時間経過に伴い，流量が増加することから水みち形成により透水係数が変化していることがわかった．特に粒径の小さなものほど侵食量が大きい傾向が見られた．数値解析では，課題となる点は多いが，土粒子の粒径区分毎の移動を把握することができ，粒径毎の侵食程度を表現できた．実験と同様に流入部から侵食が進行している様子が表現できた．

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