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近年,地 球規模の異常気象に起因して山岳部だけでなく 都市近郊においても土砂災害が多発している.一般に,こ のような土石流現象等のシミュレーション解析は混相流 として扱う連続体力学の観点から捉えられることが多い. これらは多くの成果が挙げられてお り実務にも反映され ている1-3).工学分野では伝統的に流下斜面勾配と粒子群 の内部摩擦角との関係といった経験的かつ極端なマクロ 手法に偏 りがちであるとともにメカニズムが十分に解明 されたわけではない.一 方,粒 子の集合体である粒状体の 流れ現象は昔から物理学の魅力的なテーマである軌 しか し,物理学の分野ではときには極端な単純化やミクロ的視 点に偏ったアプローチがされてきている.これら過去の経 験則は有益なものではあるが,理論的背景が明確とはいえ ず,過去の被害事例と類似した条件でなければ現象の解釈 や予測が困難であるといえる.性能設計が主流となってい る昨今,土石流の再現や対策の検討ではより詳細な流動現 象の評価が重要である. 粒状体の流れに関する研究はBagnold5)を始め多くの成 果6-8)があげられている.し かし,様 々な現象の発見やそ れぞれのメカニズムを解明しようとする試みはなされて きたが,粒状体の流れに関して統一的な解釈は未だ得られ ておらず,ミ クロな粒子レベルと流れのマクロな挙動との 関係解明はまだ発展途上である. 一方 ,著 者らは,2004年5.月17日,石 川県手取川上流 別当谷にて発生した石礫型土石流について三次元の個別 要素法(DEM)9)シ ミュレーションを実施 した軌 その結 果,到達時間や著しい流れの加速,偏流等の再現が出来た. これは石礫型土石流を離散体モデルで再現が可能である ことを意味している.離散体モデルでは適切なスケールで モデル化することにより地盤材料の問題も表現が可能な 点から,土石流のモデル化において流体的手法のみの適用 ではなくDEMな ど離 散体の手法を用いた考察も必要であ ることが分かった. さらに,著者らは粒状体の静的な挙動である二軸圧縮試 験解析を行い,マ クロの挙動とミクロな量である配位数や 異方性などの構造との関係について調べている11).その結 果,粒状体の内部には応力が集中した応力鎖が発生するこ とを確認するとともに,マ クロな挙動の限界状態が構造の 限界状態に支配されていることを明らかにした.ま た,せ ん断載荷と伴に配位数は低下し,粒状体内部の構造は安定 性を失うこと,特に最小主応力方向に構造が失われ異方性 が発生すること,配位数や異方性には材料特有の限界状態 が存在することを明らかにし,応力誘導異方性が粒状体の 破壊をもたらすことを示 した. そこで,本論文では,石礫型土石流の挙動解明をめざし, その第一段階として粒子同士の相互作用の影響が無視で きない粒状体の斜面上の流れ挙動について検討する.粒子 と粒子集合体の挙動の関係を明確にするために,水などの

Flow Behavior of Granular Media on Slope with Account for Microstructure