斜 め入射条件 に対 する消波型 高基混成式護岸 の波力 および越波特性
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(2) 857. 斜 め入射条 件 に対 す る消 波型 高基混 成 式護岸 の波 力 およ び越波 特性. 図‑2. 波圧 測定 に用 いた平 面水 槽. 図‑5 を測 定 した.こ 数 は500Hzと. 越 波測定 に用 いた平面 水槽. こで,デ. ー タ収 集 時 の サ ンプ リ ン グ周 波. して い る.. (2) 越 波 の測 定 方 法 越 波 実 験 は 図‑5に 示 す 平 面 水 槽(長 m,深 図‑3. 実 験 に用 いた模型 断面. さ1.0m)に. 測 定 を 実 施 した.実 験 水 深hは40.8cm,マ は9.6cm,マ 口 率 は29%と. さ30.0m,幅23.0. お いて 越 波 流 量 お よ び 打 ち上 げ 高 さ の. ウ ン ド肩 幅Bmは20.0cm,堤. ウ ン ド水 深h' 体 の 直立 部 の 開. し,護 岸 天 端 高 さhcは4.3,7.3cmの2種. 類に. 変 化 させ て い る. 波 の 入 射 角 度 は 堤 体 の向 き を変 化 させ る こ と に よ り設 定 して お り,こ こ で は 堤 体 の 中 心 部 分 を軸 と して β=0 ° ,30°,60° の3種 類 に変 化 さ せ て 実 施 した.実 験 に用 い た 波 浪 は修 正 ブ レ ッ ト シュ ナ イ ダ ー光 易 型 の周 波 数 ス ペ ク トル を 目標 と す る不 規 則 波 と し,有 義 波 高H1/3は3.4〜 12.0cmの 間 で4種 類,有 図‑4. 義 波 周 期T//3は1.41s,1.96sの2種. 類 を 用 い た.. 堤体 本体 部 の模型. 図‑5に 示 す よ う に島 堤 の 中心 部 に お い て 本 体 部 の後 壁 0.0cm,マ. ウ ン ド肩 幅Bmは20.0cm,堤. 率 は29%の 条 件 で 実 施 した.堤. 体 の本体 部 の開 口. 体 は全 長15.9mの. 島堤 と. し,長 さ が1.36mの 図‑4に 示 す よ う な 本 体 部 の 堤 体 模 型. に 設 置 した導 水 樋 に よ り越 波 水 を 取 水 して,単 位 時 間, 単 位 幅 当 りの 越 波 流 量q(m3/s/m)を 求 め た.ま. た,越. 波. 状 況 を デ ジ タル ビデ オ カ メ ラを 用 い て堤 体 側 面 か ら撮 影. を基 礎 マ ウ ン ド上 に10個 設 置 して い る.こ こ で は サ ー ペ. し,静 水 面 か らの 打 ち上 げ高 さを 一 波 ご とに 読 み 取 った.. ン ト型 造 波 装 置 に よ り波 向 き を設 定 して お り,入 射 角 度. 読 み 取 り は ス リ ッ ト部 お よ び 後 壁 部 の2つ の 位 相 に お い. β は0°,10°,20°,30°,35°. の条 件 と した.実 験 に 用 い. て 行 っ て お り,打 ち上 げ高 さの 高 い方 の値 を 取 りま と め. た波 浪 は修 正 ブ レ ッ トシ ュ ナ イ ダー 光 易 型 の周 波 数 ス ペ. に 用 い た.打 ち 上 げ高 さ は 波 の 実 質 部 に相 当 す る水 塊 部. ク トル を 目標 と す る一 方 向 不 規 則 波 と し,波 数 は150波. の 高 さ と水 塊 か ら分 離 した飛 沫 部 の高 さに 分 け られ る が,. と し た.有. こ こで は飛 沫 部 を 測 定 の対 象 と し,打 ち上 げ高 さ の上 位. 義 波 高H1/3は6.0〜14.0cmの. 間 で5種 類,有. 義. 1/3の平 均 値R1/3を用 い て 実 験 結 果 を整 理 し た.. 波 周 期T1/3は1.8s,2.2sの2種 類 を用 い た. 波 圧 測 定 は図‑2に 示 す よ うな 島 堤 の 中心 位 置 にお い て 実 施 した.ス り,図‑4に. リ ッ ト3本分 の範 囲 を 測 定 の対 象 と して お. 示 す よ うに2分 力 計(定. 格50N)3台. を用 いて. ス リッ ト部 に働 く波 圧 を測 定 す る と と もに,後 壁 部 お よ び 床 版 部 に つ い て は 波 圧 計(定. 格20KPa)を. 用 いて波圧. 3. 斜 め 入 射 波 に 対 す る 波 圧 特 性 (1) 各 位 相 に お け る 作 用 波 圧 消 波 型 高 基 混 成 式 護 岸 はス リ ッ ト構 造 で あ る た め,ス リ ッ ト部 に 作 用 す る波 圧 が 最 大 と な る位 相(Phase‑I)お.
(3) 858. 海. 図‑6. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). <<Cdt/sinβ≦Lbの. と き>>. <<Cdt/sinβ>Lbの. と き>>. ス リッ ト部 と後 壁部 に作 用す る波 圧合力. 図‑8. 図‑7. 波 圧 の空 間分布 の モデ ル化. 後 壁部 にお ける時系列 波圧 波形. よ び 後 壁 部 に作 用 す る波 圧 が最 大 と な る位 相(Phase‑II) に つ い て 作 用 波 圧 を 検 討 す る必 要 が あ る.図‑6はHmax/h= 0.62,h/L1/3=0.11の. 条 件 に つ い て,ス. リ ッ ト部 お よ び後. 壁 部 の堤 体1ブ ロ ッ ク に作 用 す る波 圧 合 力P(N)と 入 射 角 度 βの 関 係 を示 して い る.ス 部(△)と. リッ ト部(○)お. よ び後 壁. 図‑9. 位 相差 の実 測値 と提 案値 の比 較. も に入 射 角 度 が 増 す に つ れ て 作 用 す る波 圧 合. 力 は低減 す る傾 向 にあ る.入 射 角度 が増 す につ れ て ス リ ッ. い て も波 圧 の 空 間 分 布 が法 線 方 向 に変 化 し な い と して 堤. ト部 と後 壁 部 の波 圧 合 力 の 差 が 小 さ くな る傾 向 を示 して. 体1ブ ロ ック に 作 用 す る波 圧 合 力 を 求 め て い た が,衝. い る の は,見. 的 な 波 圧 が 作 用 す る場 合 に は,堤 体 法 線 方 向 の 一 部 に し. か け上 の 開 口率 が 低 減 して い く こ とで ,ス. 撃. リ ッ ト部 に お いて 入 射 波 を 受 け止 め る 割 合 が 増 す た め と. か波 圧 が 作 用 しな い こ と か ら,従 来 の計 算 法 よ り波 圧 合. 考 え られ る.今 回 実 施 した 実 験 条 件 に お い て は後 壁 部 に. 力 を 低 減 させ る こ とが で き る と考 え られ る.. 以 下 に お い て は,後 壁 部(Phase‑II)の. お け る 波 圧 合 力 の 方 が 大 き な 値 を 示 して い る こ とか ら, 位 相 に着 目 して. 件 下 の 防 波 堤 に着 目 して 堤 体1ブ ロ ッ ク に作 用 す る 波 圧. 斜 め 入 射 波 に対 す る波 圧 低 減 率算 定 法 の提 案 を 行 っ た.. の空 間分 布 を 考 慮 した 波 圧 低 減 率 の 算 定 法 を提 案 して い. (2) 波 圧 低 減 係 数 の 算 定 法 図‑7はHmax/h=0.65,h/L1/3=0.11,入 条 件 につ い て,後. 上 久 保 ら(2000)は. る.こ 射 角 度 β=35° の. 衝 撃 的 な波 圧 が 作 用 す る急 勾 配 条. こで も同 様 の手 法 を 用 い た波 圧 低 減 率 の算 定 を 試. み た.衝 撃 的 な波 圧 波 形 を 作 用 時 間 がdtで 波 速 がCの 三. 壁 部 の3箇 所 の測 点 に作 用 す る波 圧 波. 角 形 波 で モ デ ル 化 す る と,堤 体1ブ ロ ッ ク に作 用 す る 波. 形 の一 例 を 示 した もの で あ る.高 マ ウ ン ド構 造 特 有 の 衝. 圧 の 法 線 方 向 の 空 間 分 布 は 図‑8の よ うに示 す こ とが で き. 撃 的 な波 圧 波 形 を示 して い るが,各. る.堤 体1ブ ロ ッ クの 延 長 をLbと す る と,図‑8に. 測点の波圧 の ピーク. おける. 値 に は位 相 差 が 生 じて お り,衝 撃 的 な 波 圧 が 堤 体 に 沿 っ. 縦 線 域 の 面 積 が1ブ ロ ッ ク に 作 用 す る波 圧 合 力 と な る.. て 移 動 して い る こ とが 分 か る.従 来 は斜 め 入 射 条 件 に お. こ こで は,空. 間 分 布 の 幅(Cdt/sinβ)が. 堤 体1ブ ロ ッ ク.
(4) 斜 め入 射条件 に対 す る消波 型高基 混成 式護 岸 の波力 お よ び越 波特 性. 859. 合 力 に対す る各入 射角度 の波圧 合力 の比 か ら求 めて いる. 破線 は提案 してい る波圧低減率 の計算値 であ るが実験結 果 と概 ね一致す る傾向 にあ り,提 案 して いる波 圧低減率 の妥 当性が確認 された. 4. 斜 め入 射 波 に対 す る越 波 特 性 (1) 入射角度 と越波流量 の関係 消波 型高基混成式護 岸の越波流量 特性 につ いて は木村 ら(1999)が 現 地 の1/4程度 の縮尺 を想定 した大規模 模 型実験 を実施 して後壁 部の波返 し工 による流量 の低減効 果 を示 す とともに,護 岸天端高 さを決 定す るために必要 な越 波流量算定 式 を式(2)のよ うに提 案 してい る.ま た, 図‑10. の 延 長Lbよ り も大 き い場 合(Cdt/sinβ>Lb)お い場 合(Cdt/sinβ. 現地森港 にお いて は,取 水容器 を用 いた簡易 な越 波流量. 後 壁部 に お ける波圧低 減率. ≦Lb)に. よび小 さ. 観測 を実施 して提案 してい る算定法 の妥当性 を確認 して いる.. よ り場 合 分 け を 行 っ て い る.. (2). 従 来 用 い られ て きた 堤 体 法 線 に等 分 布 で 波 圧 が 作 用 す る と した 場 合 と図‑8の 縦 線 域 で 示 した よ う な空 間 分 布 で 作 用 す る と した 場 合 の波 圧 合 力 の比 か ら波 圧 低 減 率 は式(1) の よ う に求 め る こ とが で き る.. こ こで,hcは 直 立 部 の護 岸 天 端 高 さ,gは 重 力 加 速 度, H1/3は有 義 波 高,L1/3は 波 長,Q0,bは 波 返 しの あ る場 合 はQ0=0.11,b=15.5,波. (1). 合 はQ0=0.40,b=24.4と. に よ り入 射 波 周 期T1/3とマ ウ ン ド水 深h'を. 用 いて 算 定 を. 試 み た.波 速 算 定 法 の妥 当 性 を確 認 す る た め,図‑9に. 返 しの な い 場. な る.. 図‑11は 入 射 角 度 β=0° 式(1)中 の波 速Cの 計 算 に あ た って は,微 小 振 幅 波 理 論. 無 次 元 係 数 で あ り,. の 条 件 につ い て 無 次 元 天 端 高. さhc/(H1/32L1/3)1/3と 無 次 元 越 波 流 量q/(gH1/33)0.5の関 係 で 整 理 した も の で あ る.無 次 元 天 端 高 さ の増 大 と と も に無 次. 示. 元 越 波 流 量 は低 減 す る傾 向 を 示 して い る.図 中 の破 線 は. す よ う に堤 体 法 線 方 向 の波 速C/sinβ お よ び 波 圧 計 間 隔1c. 提 案 して い る越 波 流 量 算 定 法 の 値 を示 して い るが 実 験 結. に よ り求 め た 位 相 差 の 計 算 値dtcalと模 型 実 験 の 波 圧 波 形. 果 と よ く一 致 す る傾 向 に あ る.本 研 究 で は この 提 案 式 を. か ら求 め た位 相 差 の 実 測 値dtmesの関 係 で 実 験 結 果 を 整 理. 基 本 と して 換 算 天 端 高 係 数 を 用 いて 見 か け上 の 天 端 高 さ. した.両 者 は概 ね一 致 す る傾 向 に あ り,式(1)中 のCの 算. を増 減 させ て入 射 角 度 の影 響 を越 波 流 量 の算 定 に取 り込. 定 が 可 能 とな っ た.. む こ と と し た.こ. 図‑10はHmax/h=0.60の. 条 件 に お け る後 壁 部 の 波 圧 低 減. 率 λと入 射 角 度 β の 関係 を 示 して い る.こ. こで,波 圧 低. 減 率 λ は β=0° の条 件 で 堤 体1ブ ロ ック に 作 用 す る波 圧. 図‑11. 無 次元 天端 高 さ と無次 元越 波流 量 の関係. こ で,換 算 天 端 高 係 数 γβと は,同 一. の越 波 流 量 と な る と きの 各 入 射 角 度 の 天 端 高 さhc̲βと入 射 角 度0° の天 端 高 さhc̲β=0の 比hc̲β/hc̲β=0で あ る. 図‑12は 換 算 天 端 高 係 数 γβと入 射 角 度 βの 関 係 で 実 験. 図‑12. 換算 天端 高係 数 と入 射 角度 の関係.
(5) 860. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). 5. ま と め 本 報 告 の 主 要 な結 論 を ま と め る と以 下 の よ うに な る. (1)入射 角 度 の増 大 と と も に ス リ ッ ト部 お よ び後 壁 部 の 堤 体1ブ ロ ッ ク に 作 用 す る波 圧 合 力 は 低 減 す る こ とを 確 認 した. (2)衝撃 的 な 波 圧 波 形 を 三 角 形 波 で モ デ ル 化 して堤 体 法 線 方 向 の 波 圧 の空 間分 布 を 考 慮 した 波 圧 低 減 率 算 定 法 を 提 案 した. (3)越波 流 量 特 性 につ い て 換 算 天 端 高 係 数 と入 射 角 度 の 関 係 を 明 らか に し,そ の 値 がFrancoら の提 案 して い る算 図‑13. 打 ち上 げ高 さ と入射 角度 の 関係. 定 法 と一 致 す る傾 向 に あ る こ と を確 認 した.ま た,越 波 飛 沫 の 打 ち上 げ高 さ は入 射 角 度 の 増 大 と と もに低 く な る傾 向 に あ る こ とを 確 認 した. 結 果 を整 理 した もの で あ る.こ. こで,換 算 天 端 高 係 数 γ. β は 実 験 断 面 の 天 端 高 さhc̲βと式(2)を 用 い て 越 波 流 量 の 実 験 値 か ら計 算 した天 端 高 さhc̲β=0の 比 か ら求 め て い る. 入 射 角 度 β=30°. の条 件 に お い て は 大 き な変 化 は 見 られ. な い が,β=60°. の条 件 で は遊 水 室 内 にお い て沿 い 波 が. 生 じ始 め る た め 換 算 天 端 高 係 数 は0.8程 度 に低 減 して い る.図 中 の破 線 はFrancoら(1999)が. 直 立 護 岸 を対 象 と. した 模 型 実 験 か ら提 案 して い る換 算 天 端 高 係 数 の提 案 値 で あ る が,本 実 験 の結 果 と概 ね 同 様 の 傾 向 を示 して い る. (2) 入 射 角 度 と打 ち 上 げ 高 さ の 関 係 図‑13はH1/3/h=0.26の. 条 件 に つ い て 入 射 角 度 β=0° の. 打 ち上 げ高 さRβ=0に対 す る各 入 射 角 度 の 打 ち上 げ高 さRβ の 比Rβ/Rβ=0と入 射 角 度 β の 関 係 を 示 して い る.入 射 角 度 の 増 大 と と もにRβ/Rβ=0は低 減 す る 傾 向 に あ り,β=3 0°の 条 件 で は0.8程 度,β=60°. の条 件 で は0.2程 度 と急 激. に 打 ち上 げ高 さが 低 減 す る こ とが 確 認 さ れ た.越 波 飛 沫 は 波 面 の ス リ ッ ト部 お よ び 後 壁 部 へ の衝 突 に よ って 生 じ る こ とか ら,作 用 波 圧 の低 減 と と も に打 ち 上 が る高 さ も 低 くな る も の と考 え ら れ る.直 角 入 射 条 件 に 対 して は木 村 ら(1999)が. 越 波 飛 沫 お よ び越 波 水 塊 の 打 ち 上 げ高 さ. 算 定 法 を 提 案 して い る.図 中 の近 似 曲 線 で 示 した 入 射 角 度 β とRβ/Rβ=0の関 係 を 用 い る こ と で,入. 射角 度 の影響. を考 慮 した 打 ち上 げ 高 さ の算 定 が 可 能 と な る.. 参. 考. 文. 献. 上 久保勝美 ・木村 克俊 ・平沢充 成 ・平野誠治 ・遠 藤強 (2000): 急 勾 配斜 面上 の混 成 堤 直立部 に作 用 す る衝撃 波力 算 定法, 第47回 海講 論文 集, pp.941‑945. 木 村 克 俊 ・早 川 哲 也 ・高 橋 重 雄 ・下 迫 健 一 郎 ・H.Oumeraci (1999): 消波 型高 基混 成 堤 の越波 特性 に関 す る大 型 模型 実 験, 第46回 海 講論 文集, pp.756‑760. 下 迫 健一 郎 ・高橋 重 雄 (2003): 直 立部 に消 波構 造 を 用 い た 新 しい高 基混 成堤 の 開発, 港 研報 告, 第42巻, 第2号, p p.285‑305. 松 谷 明典 ・浅 見能 章 ・千葉 不 二 夫 (2006): 高基 混 成 堤 にお け る環 境 調和 機能 につ いて(第3報), 平 成17年 度 北海 道 開 発 局 技 術 研 究 発 表 会,. (オ ン ラ イ ン),. mlit.go.jp/topics/gijyutu/index.htm,. http://www.hkd.. 参 照2007.5‑17.. 森 昌 也 ・梅 沢 信 敏 ・早 川 哲 也 ・木 村 克 俊 ・菊 池 博 明 ・遠 藤 強 (2001): 消 波 型 高 基 混 成 堤 の マ ウ ン ド被 覆 材 の 耐 波 安 定 性, 第48回 海 講 論 文 集, pp.906‑910. 森 昌 也 ・山 本 泰 司 ・山 口圭 太 ・木 村 克 俊 ・田端 恵 士 ・須 藤 賢 哉 (2006): 北海 道 森港 にお ける消 波型 高基 混成 堤 の波 力 特 性 に 関 す る現 地 観 測, 第53回 海 講 論 文 集, pp.756‑760. 森 昌 也 ・山 本 泰 司 ・木 村 克 俊 ・浅 見 能 章 (2007): 消波 型 高 基 混 成 式 護 岸 の 現 地 越 波 観 測 と そ の 対 策 に つ い て, 第54 回 海 講 論 文 集, pp.731‑735. 山 本 泰 司 ・木 村 克 俊 ・田 端 恵 士 ・北 原 繁 志 ・二 ノ宮 清 志 ・佐 藤 典 之 (2004): 北 海 道 森 港 に お け る消 波 型 高 基 混 成 堤 の 設 計 と 施 工, 海 講 論 文 集, 第51巻, pp.781‑785.. Franco, C. and Franco, L. (1999): Overtopping Formulas for Caisson Breakwaters with Nonbreaking 3D Waves, Journal of Waterways, Port, Coastal and Ocean Engineering, Vol.125, No2.
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