小田島 寛通

移動床水理実験による落差工護床ブロックの安定性評価に関する研究

細山田得三

落差工は床止め工の一種であり，河床を安定させ河川の縦断・横断形状を維持することを目的として設置される河川横断構造物である。落差工下流において河床低下が発生すると，護床工下流の水深が共役水深より小さくなり，設計で予定していた水叩き・護床工区間での減勢が起きなくなる。この結果，構造物上下流の水位差の増大，護床工上の流速の増大が発生し，大出水時に護床工が一気に流出する等，急激な破壊に発展する危険性がある
落差工の安定性を評価し，破壊メカニズムを理解することは安全性確保の点から重要である。落差工に関する既往研究は，多くが落水によって生じる水面変動や圧力動揺，高速流に着目したものであり，地盤内部と水部の両者を同時に考慮したものは少ない。そのため，地盤内部と水部を同時に考慮し，水部における流水や跳水の影響，地盤内部における浸透流の影響や構造物に作用する圧力等，複合的な外力を評価する技術が必要である。
本研究では，落差工における護床ブロックの安定性評価を目的とし，水叩きを有するコンクリート構造の落差工を対象に分厚い地盤層を有する移動床の水理模型実験を行った。実験条件は大別して流量規模を変化させた条件，落差工下流側河床を低下させた条件の2種を行った。実験測定項目として，�@護床工上の流速�A護床ブロックに作用する河床面からの圧力�Bモデル地盤内部の間隙水圧をそれぞれ時系列的に取得した。また，実験の様子は側面からビデオカメラで撮影し，流況変化や河床形態変化のモニタリングを行った。種々の条件で実験を行うことで，外力変化や流量変化，河床形態・水面形の変化がもたらす護床ブロックへの影響評価と護床ブロックの変位・流出プロセスについて検討を行った。
実験の結果，跳水位置の遷移が護床ブロックの圧力変化に影響を与えることが明らかになった。また，河床低下時には，護床ブロックに作用する圧力と地盤内の間隙水圧が増大し，間隙水圧においては縦断的な圧力分布の変化があることが判明した。加えて，護床ブロックは河床洗掘により護床ブロック基礎地盤が崩壊することで流出に至ることが確認できた。
本研究で得られた知見により，落差工護床ブロックの被災メカニズムの一端を解明することができた。また，河床低下時や出水時に下流端水位変化により跳水が遷移する局面では護床ブロックへの作用圧力に変化が生じ，被災の可能性があることが示された。