氏名：前川原和也

論文題目：河床構造物下部地盤内の浸透流に関する研究

指導教員名：細山田得三(犬飼直之)　

概要：従来、河床低下や局所洗掘を防ぐために床止めや根固め工等の河床構造物が造られてきた。しかし、従来設置されてきた河床構造物のなかには、河床維持の図れない事例や局所洗掘等により河床構造物自体の構造の安全性を保てず破損変形した事例が見られる。これは、地盤内部の浸透流と地盤上部の水面変動を同時に考慮した河床構造物に対する河床変化の予測方法が不明確であったためだと考えられる。このような背景を受けて、河床構造物下部地盤部浸透流の動態に着目し、そのメカニズムを解明することによって新たな河床変化予測を可能にすることを目的とし本研究を行うこととした。河床変動に至るプロセスを理解するためには、作用外力を生じさせる現象を特定する必要がある。本研究では、水工学の分野では、これまであまり着目されることが多くなかった浸透流及び地盤内の圧力について構造物の形状と関連した検討を行う。
　本研究では数値解析を行うことによって地盤部浸透流の特性を解明する。数値解析は河床構造物の形状、流入流速、透水係数、空隙率について各3パターンのパラメーターを設定した。各パラメーターを変化させた場合の浸透流変化を確認することによって浸透流の特性を確かめる。数値解析のデータを用いて可視化シミュレーションの作成、及び浸透流速と圧力の時間変化を定量的に評価した。可視化シミュレーションの解法としてSOLA法を用いた。地盤部の浸透流解析として従来、使用されてきたLBM法に比べてダイナミックかつ変化の分かり易い可視化シミュレーションを作成することができた。パラメーターを変化させた場合の可視化シミュレーション結果は整合性がとれている結果となり解析の整合性を確認できる結果となった。
　浸透流速と圧力の時間変化を定量的に評価するため、グラフの作成を行った。解析結果より、河床構造物の下部に矢板を設置すると後方の正の浸透流速が下がり、波の波長が長くなることによって浸透流が穏やかになることが分かった。流入流速の値を大きくしていくと、浸透流も大きくなるが、それだけではなく浸透流の波の波長が短くなり流れが激しくなる。透水係数を4.5×10-4、3.5×10-3、1.5×10-2と大きくすると浸透流速は大きくなるが、その変化量は他のパラメーターを変化させた場合よりも大きくなった。透水係数は粘土で3×10-6、小砂利で3.0となり、とりえる値の幅が大きく浸透流に与える影響も大きいため透水係数の設定は重要である。空隙率を大きくしていくと、他のパラメーターに比べ微量ではあるが浸透流速が大きくなることが確認できた。これらのことから、解析方法の整合性が確認できたといえる。また、浸透流に作用するパラメーターを特定することができたと考えられる。