技術資料

縮尺模型を用いた風洞実験による吹き払い柵の防雪機能調査
山﨑貴志＊

住田

則行＊＊

三浦豪＊＊＊

田園地帯を想定した0.15 ２））に近似するよう風速調整

１．はじめに装置で調整している。測定洞内の鉛直方向風速分布を道路の防雪対策として広く設置されている吹き払い

図－３に示す。

柵（図－１）
は、柵の下部間隙から吹き抜ける風で路面の雪を吹き払う機能を持つ防雪柵である。そのため、道路除雪に伴う堆積や自然積雪による下部間隙閉塞時および主風向が柵に対し非直交時（斜風時）には、その機能は低下するといわれている１）。しかし、下部間隙未閉塞時および直交風時に比べ、どの程度低下するのかは定量的に把握されていないため、防雪機能を維持するために下部間隙の除雪を行う時期や、吹き払い柵がどの程度の斜風に対して適用可能かについて明確な基準がないのが現状である。
本稿では、吹き払い柵について、下部間隙の除雪を図－２行う時期や斜風に対する適用範囲を検討する資料とす風洞実験装置

るため、下部間隙閉塞時や斜風時における吹き払い柵の防雪機能（吹き払い機能）について、縮尺模型と模型雪を用いた風洞実験において吹きだまり計測と流速計測を行ったので報告する。

図－３

２．２
図－１

吹き払い柵

測定洞内鉛直方向風速分布

試験条件

本試験における実現象との相似条件については、老川ら３）が建物近傍を対象とした吹雪風洞実験において重要としている、移動臨界摩擦速度比、安息角、スト２．試験条件・試験方法

ークスパラメータについて適合させることとした。本試験では、これらの相似条件に比較的良く適合すると２．１される活性白土を模型雪として使用した。模型雪を測風洞実験装置

本試験には寒地土木研究所の風洞実験装置（図－２）

定洞上流のノズルから圧縮空気とともに230g/min でを使用した。測定洞内の風速分布は、上空ほど風速が風洞内に供給することにより、人工的な吹雪を発生さ増す自然の風を模擬するため、べき法則（べき指数はせている。

寒地土木研究所月報№730

2014年３月29

実験風速については、予備実験により吹きだまりがとしている。なお、トレーサーの動きは空気の流れと形成されやすいことを確認した７m/s（地面からの高完全には一致していないので、計測結果は風速ではな

さ H ＝400mm での風速）とした。

くトレーサーの速度としての流速となる。
４）

柵の模型は北海道開発局道路設計要領 に掲載されている吹き払い柵を基準として縮尺１/100で製作し、柵高33mm、下部間隙高さ10mm とした（図－４）。

図－４

２．３

吹き払い柵模型

吹きだまり計測

吹き払い柵周辺に吹きだまりを発生させて吹きだま

図－６

り高さを計測する試験を行った（図－５）。模型雪の供

ＰＩＶ計測

給時間を15分とし、吹き払い柵周辺に発生した吹きだまりの高さをトラバース装置に取り付けたレーザー距

３．下部間隙閉塞試験および斜風試験

離計で計測した。計測ラインは風洞中心線上とし、５mm 間隔で計測した。

３．１

下部間隙閉塞試験

吹き払い柵の下部間隙閉塞率の違いによる吹き払い機能の違いを調査するため、柵の下部間隙に板を挿入することにより下部間隙閉塞率を調整し（図－７）、０％、30％、50％、80％、100％の５段階の閉塞率で、吹きだまり計測および流速計測を行った。流速計測の計測面は、風洞中心線上にある柵の支柱の影響を避けるため、風洞中心線から17.5mm（柵支柱間隔：35mm）オフセットさせた鉛直面とした。吹きだまり計測結果
を図－８、流速計測結果を図－９に示す。地面からの高さ H ＝５mm における流速の水平方向成分を図－
図－５２．４

吹きだまり計測10に示す。

流速計測

吹き払い柵周辺の流速計測を行った。計測方法はPIV（Particle Image Velocimetry）とした（図－６）。
PIV は、流れに沿って移動するトレーサーを連続撮影した画像の解析により流速を計測する方法であり、面的に流れ場を把握することができる。PIV におけるトレーサーとして模型雪の活性白土を利用した。画像の撮影は毎秒2000枚で５秒間行い、撮影した10000枚の画像を用いて解析を行った。画像２枚の解析から１組得られる流速分布を5000組分平均したものを計測結果
30

  下部間隙閉塞率０％

図－７

下部間隙閉塞率50％

下部間隙閉塞率100％

下部間隙閉塞率調整
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2014年３月

図－８より、下部間隙閉塞率が高いほど吹きだまりの発生位置が柵に近接し、下部間隙閉塞率が80％以上となると大きく近接した。吹きだまりの高さが２mmとなる柵からの距離は、下部間隙閉塞率０％の場合と比較して、下部間隙閉塞率50％で約79％の距離、下部間隙閉塞率100％で約57％の距離となっている。また、吹きだまり量についても下部間隙閉塞率が高くなるほど多くなっている。
図－８

吹きだまり高さ

図－９より、下部間隙閉塞率にかかわらず柵の吹き払い機能により、柵高以下の範囲内における流速の最大値は地面付近で生じているが、下部間隙閉塞率が高いほど地面付近の流速は低下している。なお、下部間隙閉塞率０％において柵の背後にベクトルがない部分があるが、この部分では模型雪の分布が少なく解析が行えなかった部分である。
図－10は吹き払い機能に影響すると考えられる地面付近（H ＝５mm）の流速の水平方向成分を示したものであるが、下部間隙閉塞率が高いほど低下しており、下部間隙閉塞率80％以上から大きく低下している。また、下部間隙閉塞率50％以下では逆流は生じていないが、下部間隙閉塞率80％以上では柵からの距離100mm付近から逆流が生じている。
これらのことから、下部間隙閉塞率が高いほど吹き払い機能は低下し、下部間隙閉塞率80％程度以上で大きく低下すると考えられる。
３．２

斜風試験

風向が柵に対して直交方向ではない場合の吹き払い機能を調査するため、下部間隙閉塞率０％、50％、100％の３段階に設定した柵をそれぞれ風向に対して直交（柵設置角90°）、75°、60°、45°、30°に設置（図－11）した計15パターンについて、吹きだまり計測および流速計測を行った。流速計測の計測面は、地面からの高さ H ＝５mm における水平面とした。下部間隙
図－９

鉛直面流速分布閉塞率50％における吹きだまり計測結果を図－12、流速計測結果を図－13に示す。また、流速の柵直角方向成分を図－14に示す。

図－10
寒地土木研究所月報

流速（水平方向成分、H ＝５mm）№730

2014年３月 図－11

模型柵配置平面図
31図－12

吹きだまり高さ（下部間隙閉塞率50％）図－15

柵と流速方向のなす角（下部間隙閉塞率50％）

図－12より、柵設置角が小さいほど吹きだまりの発生位置が柵に近接し、柵設置角30°で大きく近接している。吹きだまりの高さが２mm となる柵からの垂直距離は、柵設置角90°の場合と比較して、柵設置角60°で約88％の距離、柵設置角30°で約67％の距離となっている。吹きだまり量については柵設置角が小さいほど少なくなっているが、これは後述する柵平行方向の流れにより吹き飛ばされたもので、吹き払い機能によるものではないと考えられる。また、ここでは図示していない下部間隙閉塞率100％でも同様な傾向となったが、下部間隙閉塞率０％では柵設置角45°以下でほとんど吹きだまりが生じず明確な傾向は見られなかった。
図－13より、柵近傍風下側において、流速方向は柵直角方向に向けて若干変化しているが、柵直角方向までは変化していない。また、柵設置角90°以外においては、流れ方向が急変する地点があり、その地点より下流側ではほぼ柵に平行な流れ方向となっている。図－15は柵からの垂直距離と、柵と流速方向のなす角の関係を示したものであるが、流れ方向が急変する地点は柵設置角が小さいほど柵に近くなっている。この原因について、流れ方向の急変は吹き払い機能が弱まり地面付近の流速が低下した所に、柵を斜めに設置したことによる後流の影響が生じるためと考えられ、さら図－13 水平面流速分布（H ＝５mm、下部間隙閉塞率50％）に、地面付近の流速は柵設置角が小さいほど柵に近い地点で低下するためと考えられる。
図－14は吹き払い機能に影響すると考えられる柵直角方向成分流速を示したものであるが、柵設置角が小さいほど低下している。これは、柵近傍風下側において流速方向が大きく変化しなかったために、柵直角方向成分流速はおおむね柵設置角の正弦と流速の積になることが主な原因と考えられる。ここでは図示していない下部間隙閉塞率０％および100％についても同様な傾向となったが、下部間隙閉塞率が高いほど全体的

図－1432

流速（柵直角方向成分、下部間隙閉塞率50％）に低い値となっている。
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2014年３月

の柵を用いた屋外試験５）との比較などを行い、実物の４．まとめ柵への適用性について検討していきたい。
下部間隙閉塞時や斜風時における吹き払い柵の防雪機能について、縮尺模型と模型雪を用いた風洞実験に参考文献より調査を行い、以下の結果を得た。
下部間隙閉塞試験より、吹きだまりの発生位置は、

１）独立行政法人土木研究所寒地土木研究所：道路吹下部間隙閉塞率が高いほど柵に近接し、下部間隙閉塞

雪対策マニュアル（平成23年改訂版）第３編   防雪率80％以上で大きく柵に近接している。また、吹き払

柵編、2011.

い機能に影響すると考えられる地面付近の流速は、下部間隙閉塞率が高いほど低下し、下部間隙閉塞率80％以上で大きく低下することがわかった。

２）財団法人日本建築センター：実務者のための建築物風洞実験ガイドブック、2008.
３）老川進、苫米地司、石原孟：建物近傍の雪吹きだ

斜風試験より、下部間隙閉塞率50％以上では吹きだまりの発生位置は柵設置角が小さいほど柵に近接し、柵設置角30°で大きく近接している。また、吹き払い機能に影響すると考えられる柵直角方向成分流速は、柵設置角が小さいほど低下し、また、下部間隙閉塞率が高いほど低下を助長することがわかった。
本結果は風洞実験による結果であり、そのまま実物まりの風洞相似則に関する考察、日本雪工学会誌、
Vol.23、No.2、pp.13-32、2007.
４）国土交通省北海道開発局：北海道開発局道路設計要領  第６集  標準設計図集、2013.
５）金子学、松澤勝、渡邊崇史：吹き払い柵の下部間隙閉塞率と防雪機能、寒地技術論文・報告集2013、
pp.241-244、2013.の柵への適用はできないと考えられるが、今後は実物

山﨑貴志＊

住田

則行＊＊

YAMAZAKI Takashi

SUMITA Noriyuki

寒地土木研究所
技術開発調整監付寒地機械技術チーム
研究員

寒地土木研究所
技術開発調整監付寒地機械技術チーム
主任研究員

寒地土木研究所月報№730

2014年３月 三浦豪＊＊＊

MIURA Go

寒地土木研究所
技術開発調整監付寒地機械技術チーム
研究員

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