月1倫氏4‑2 (課程博士(和文))
令和 2年
建築・都市システム

学籍番号

工学専攻
氏名

第Ⅱ5503 号

02月07日一庸 均也
指導教員

TRANANHQUANG

中澤 祥二

齊藤 大樹

論文内容の要旨(博士)
博士学位楡文名

波浪を受ける構造物周辺における海底地盤底質移動の定量的評価手法(要旨 1,200字程度)

防波堤や籬岸堤,護岸などが荒天時の波浪により被災する事例がしばしば報告されてぃる。これら沿岸構造物の被災は波浪による水圧を構造物が直接受けることが主な原因であるが,構造物周辺の海底地盤も同時に波浪を受けるととにより不安定化することで被災を拡大したことが示唆する事例も少なくない。後者においては,海底面近傍における波浪流速により底質が移動することで生じる洗掘現象が構造物を不安定にすることに加え,海底面での水圧変動への応答として海底地盤内の有効応力が低下するために構造物基礎のー体性や耐荷性能が損なわれることが被災の要因としても指摘されている。本研究の目的
は,海底地盤の侵食現象を定量的に解析するための手法を提案することであり,波浪流速の関数である掃流漂砂の挙動に海底地盤の有効応力応答の影響を考慮するこどによって底質移動とその貯留挙動を合理的に説明することである。
解析手法は,「線形波動理論による波浪解析」と「多孔質弾性体モデルによる海底地盤の有効応力解析」,「掃流力による漂砂量の経験的な評価」で構成され,それぞれを定式化して総合することによって,波浪を受ける構造物周辺の底質移動と海底地盤の侵食と堆積挙動を定量的に評価する手法を構築した。さらに,一様水深波浪場において入射波を受ける直線構造物および円柱構造物を対象とした構造物周辺における底質移動解析を実施することにより,提案する解析手法の妥当性を検証している。

直線構造物に対し垂直に進行波が入射する場合には典型的な定常波が発生するが,進行波が斜方向から入射する場合には構造物に垂直な方向では定常波の特性を,平行な方向では進行波の特性を有する複合的な波浪挙動が見られる。また,垂直に屈曲した直線構造物に拡張すると,双方向に定常波の特性を有する複雑な波浪挙動が見られる。これら直線構造物の周辺では通常の微小振幅波理論の枠組みおける平面波としての入射波と反射波の重ね合わせとして波浪挙動を解析した。一方,円柱構造物では反射波に加えて構造物側面を回り込む回折波も含めた波浪特性が見られるが,これはフーリェ級数の各項にべッセル関数を組み込んだ数式解を用いて解析した。これらの波浪に対する海底地盤の有効応力応
答は,海底地盤を多孔質線升勿単陛体としてモデル化することによって数式解を誘導して用いた。掃流力による漂砂流量の評価には,海底面に作用する流速の関数としての掃流力に加えて,海底地盤の有効応力応答により変動する流動化層の厚さを考慮した。これらが波浪の周期内で複合的に変化する結果として生じる漂砂の移動速度とその蓄積量を算定した。

本研究の成果は以下のようにまとめられる。
・進行波の場合には漂砂流量はすべての地点で等しく進行波と反対方向に生じるために漂砂は貯留しないが,定常波においては腹から節に向けての蓄積的な底質移動による腹における侵食と節における堆積が生じることを示した。

・一般には波浪の非線形性や漂砂の浮遊などを芳慮しなけれぱ漂砂の蓄積的な流れと洗掘現象を説明するのが困難であるが,掃流漂砂を対象に海底地盤の有効応力応答を考慮することによって,構造物の側面で侵食が生じるなどの洗掘現象を合理的に説明できることを明らかにした。

・垂直に屈曲した直線構造物周辺では定常波の特性に合わせて,格子状に発生する節の直下では底質の堆積が生じ,一方,直線構造物の隅角部を含む格子中央の腹直下では海底が侵食されることを示した。
・円柱構造物背面では節と腹が見られない進行波の特性が卓越するため,漂砂流は構造物に向かい,その後側面を回り込んで構造物前面へ漂砂が供給されることが分かった。一方,入射波を受ける円柱構造物前面においては定常波の特性が現れるので,波浪が腹となる構造物前面では海底は侵食し,その後同心円状に波浪では節と腹,海底面では堆積と侵食と堆積を繰り返すことを示すととができた。このこどは円柱構造物前面である程度の侵食が生じ,これにより構造物が不安化する可能性があるととを示している。

別紙41 (課程博士(英文))Date of submission (month day, ye雛)1)epar血ent of Architecture

Student Φ帥d clV11En81neenng

N1ⅡnMt

PP11Cant's nalneFeb

7th 2020

MIURAKINYA
H5503
SupeNisors

TRANANHQUANG

NA1ζ"AZAWASHOJI
SAITO TAIN

Abstract (Doctor)
Qua11titative Eva1山tion Me壮10dfor sed血ent Flow on seabedk0山d S廿UctLlres

Title ofThesls

Subjected to 、入lave Loadil)gApprox.80o words
C0部tal S壮、uctLlres, such as breakwaters a11d reve壮nents, are sometimes dalnaged severely by stonny wave
10ad血g. The dalnages of仕le su'uct[Ⅱes are caused ma血ly by i111Pulsive wave presS山e, a11d, howeveT, some caseStudies repoded 廿lat some of the dalnages were 0丑en enhatlced by 血e destabilization of seaaoor t0 圦lhich 仕ledynalnic water pressures are applied.1t is inlpoda11t 杜lat not only the scormg resulted 6'om the wave 血duced
Sedilnent flow, but als0 杜le detedoration of 加tegriw and load bear血g capaciw of seaaoor due to its e仔eC廿VeS廿'ess response to wave loadmg, destabi11ZeS 仕le coastal stNctures. This study aims to propose 廿le qua11titative
eva111auon me血od for 廿le scor血g on seaaoor, a11d clari6, rationaⅡy the acC111nulation mechal)ism of sedilnalt
a0圦lregard血g 壮le eHective S紅'essresponse ofseaaoorto wave loadirlo

Ihe eval(1ation meⅡ)od consists ofalree processes:1血ear wave 杜leory, pore‑elasticity for seabedmedi山n, a11d
empirical seditnent aow model mobilized by sea wave 壮'action; h〕壮le 廿】ree processes wave behavior arowld
S壮'uct唖es, response of seabed to wave loadil)g a11d sedilnent aow al}d acC磁nulation behaviot are fonnulated,respecuvely. The evaluation me杜10d was applied t0 廿le sedmlent aow behavior neal' 1血e S廿Uct山es a11d
Cylindrical S廿'uctures set up m 廿)e i11fmite seawater field wi壮1 11tlifonn deP廿). kld 壮le appHcabiliw of theeva11喰tionmethod was veri負ed廿lrough 壮le discussion on evaluatedresults ofsedilnent a0圦1

In the case where an 血Cident pla11e wave meets a S杠'aightlitle stnlct唖e 註) pe印endiculaT direction, a classicalStatlonary wave is genetated, However,i11せle case where a11i;1Cident pla11e wave meetS 壮l diagot瞭l diTection,廿legenerated wave field showS 杜le featLlte of stationary wave in 廿le petpendicular direction a11d that of 杜'ave11ino
Wave i11Para11el directlon, as a result ofsuperposition ofthe mcident atld reaected waves.入入ノhen at〕血Cident wave
meets a btoken 1血e S壮、ucture wi杜lri獣lt 卸gle,杜le genetated wave field showS 血 recta11gular gdd type station毎yWave field. on 壮le 0杜ler ha11d, if a11 血Cident pla11e 圦lave meets a d獣)t cyli11drical S廿、ucture, a di缶'acted wave, asWe11 as reaected wave,1S generated. The supetposition of the di缶'acted, reaected 雛ld 血Cident waves wasCalculated wi廿〕 F0山ier serieS 血 CirC山11ferential direction comb血ed wi杜IBesse16、111Ction m radial direction.1hee任eC廿Ve S杜'ess response of seabed t0 杜le wave load血g near S壮'uct山es was calculated wi廿l a11alyticalsolution itl
the 負'atnework of 1血ear poroelastiC 杜leory. The sedilnent aow rate on seaaoor was evaluated 丑om the traC廿onforce as a 6111Ction of seaW飢er aow velociw, regarditlg the variation of壮lich〕ess ofsedi111ent aow layer aaectedby 血e ea'ective S廿ess response ofseaaoor11)e fhld血gS 血廿le presentS加dy ca11be S山111narized as f0110WS:

Under 廿le h'aveling waveS 血 ilf111ite sea圦later field, sedilnent aow becomeS 山liform over 廿)e whole field,and 廿len acc、Ⅱnulation of sedilnent is not generated a11ywhere. However, wlder stationaty waves sedhnent

moves acC磁nulaれVely 6'om loops to nodes by wave 杜'action force 血 a wave pedod, a11d as a result
Sed血lent is deposited benea杜1 仕le wave nodes, on 廿le con廿aw the seaaoor is eroded benea丑1 壮le wave
10ops mcludmg neatS廿Uct[Ⅱe side wa11S

It ls gena'aⅡy diaicult to explein the mechallism of acC磁nulauve sediment aow itl particular direction,disregardmg non1血earity or suspension of sedilnent par壮Cles. However, regard血g 廿le e仟ective S廿ess
tesponse of seabed to wave load血g makes it possible to calculate 杜)e acC1Ⅱnulauve sedilnent movements
induced by wave 柱'action force, a11d explait1杜)e 6,111dalnental mecha11ism ofscor血g associated wi杜l erosionand deposition ofsedilnent even wiせ1廿11血earwave 杜leoryThe rectal)gular gnd type stationary waves appear neal' the ri゛1t a11gle broken 1血e S壮'uctures wMch is

Subjected t0 血Cidence of P1釦le waveS 血 diagonal directions. hl a)is case sedilnent is deposited on 壮lenodal gid 1血es, a11d 血 Con廿'astseafloor is eroded on 杜le cen廿'oids ofthe gdds,1t would be mlporm11t 壮〕atSeaaoor is eroded severely atthe comer of仕le btoken li11e S杜'uctLlres, WMch would be destabilized by 血eeroslon

In 杜le case of ri部lt cy1血drical S杜'uctures, sedilnent aows to、入lard the S杠'uct{1re in 廿le wide ral}ge i11Cludhlg
Structure back 1Ⅱlder 廿le hlfluence of杜'aveⅡⅡlg waves, aTld 杜le sediment moveS 介om back t06'ont along
S廿Ucture side S山face、 1t should be noted 廿lat 廿le erosion atld deposition on concen廿ic ercs are repeated 血壮)e wide ra11ge of S住'ucture 丘ont 山lder 杜le itlauence of stationary wave.1t would be mlporta11t that 廿lenotable erosion on 杜le S杜'ucture 丘ont side possibly destabilizes tl)e cy1血dricalS廿・uctLlre