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上川将彦

浸透流による内部侵食に関する実験的研究

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．結果，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??= 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．本研究では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，浸透流による土粒子の移動について着目した．実験の結果，時間経過に伴い，水みち形成や根詰まりなどの影響による流量の増減が確認され，透水係数が変化することがわかった．大きさの異なる粒径を混合させた中間土で実験試料長が短いものについては，侵食量が大きく浸透流による内部侵食が確認された．また，侵食量の大きさも流入部に近い実験試料下部が最大であり，上部に近づくにつれて侵食量が小さくなる傾向がすべての実験ケースで把握できた．

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