フィルダムの上流斜面保護用の捨石について

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フィルダムの上流斜面保護用の捨石について

木村勝行

大根義男

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Yoshio OHNE

フィルダムの上流斜面の保護工法としては，現在捨石工法が最良であるといわれている.しかし，捨石工法に使用される捨石の粒径および粒径分布等について，その基準が確立されていない.そこで筆者らは種々の捨石材料を用い，斜面こう配および波高と局期等の関係を実験により求め，波のはい上り高さや斜面上の流速分布等から，その抵抗性を検討した.この結果，効果的な捨石材料の粒径や粒径分布は斜面こう配および(波高) / (周期)2によって異なることが判明した.

1 .

まえがきフィルダムは我国で年間約

1

0

位も築造されている. フィルダムの最も大きな特性は「ダムサイトの地質，地形および築堤材料の条件を選ばない」点である.コンクリートダムに適したダムサイトがほとんど開発されつくされてしまった今日，フィルダムの乙の特性は，ますます大きな意味をもってきている.また最近における土質工学の目ざましい進歩，施工機械の大規模化などがこの傾向にいっそうの拍車をかけ，従来なら当然コンクリートダムが建設されたであろう場所にまでも，フィルダムが進出するほどになってきている.ところで，フィル夕、、ムの上流斜面は，波浪によって堤体が侵食されたり，貯水位急低下時に堤体材料が流出したりするので，これら図 1 実験概要造波に対して何等かの保護を施とさなければならない.保護工法としては捨石，張石，フ守口ツク，鉄筋コンクリートライニング，アスフアJレトライニングなどが挙げられる.このうち経済性，耐久性，施工性などを総合すると捨石工法が最良であるるいわれている.しかし捨石工法に限らず，これらの工法について現在のとζろ，その厚さ，粒径などに関する基準が確立されていない園したがって従来は単に個々の材料が波浪によって勤かないこと，堤休の土粒子が吸出し作用によって流出しないζとなどが条件となっているに過ぎなかった.乙の

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;jめその設計，施工に際しては絶えず，乙れらの事が討議され，そのつど，種々の見解が述べられている.そこで筆者らは先ず捨石工法をJ1i(.り挙げ，捨石材料として最も効果的ケミカノレフイノレタ

(2)

1

8

な捨石の粒径および粒径分布を，波の高さおよび周期と波の斜面直前の流速およびはい上り高さの関係から見い出すべく実験を行なってきた.その実験結果を報告する.

2

，実験方法実験は図

-1

に示しであるように，造波水そう内

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乙高さ70二m，幅90加のダムを作り，捨石層の材料と波高，周期および斜面乙う配をいろいろに変えて行なった.捨石 100 図-2 粒径分布曲線

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閉山過百分率 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 粒径 (mm) 15 20 30 40 層に使用した材料は，ふつうの砂利をフノレイにかけ，各粒径の配合比を変えて作ったものである.図

-21

と各材料のフlレイ分析曲線を示す.

7

種類の材料とも，比重 2.62~2.63 ，単位体積重量1.

6

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ni'~ 1. 66/ rrI. 空ゲキ率36.55ぢ~38.0%である.前面水深は各実験とも 30 加である.なお，流速はプロペラ式の正逆流速計で，波高は抵抗式波高計で測定した。表

1

は男験一覧表である. 表

-1

中の波高およびはい上り高さは実験中の平均的なイ直をとってある. 克喰番号① ③の実験は周期 T=0.8秒と一定に保って，波高H を変化 (4.5二~;~11.0~m の範盟〕させた時の，試料 (A，B， C， D， E)，斜面ζう配(1: 1.5， 1: 表

- 1

実験 2.0， 1: 2.5)およびH/T2(0.070~0.172) と流速およびはい上り高さとの関係を調べたものである. 実験番号 S~ ②の実験は T=1.2秒と一定lこ保ち，日を変化させた時の試料 (E，F， G) ，斜面ζう配 (1 :15，1:2.0.1:2.5) およびH/T2(0.030~0.075) と流速およびはい上り高さとの関係、を調べたものである. 実験番号~~@の謁験は日をほぼ一定 (9.2cn; ~10.0 CIII)1己保ち， Tを変化 (0.8，0.9， 1.0， 1.1， 1.2秒) させた時の

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試料斜面こう配および H/P (0.Oô5~O. 156)とはい上り高さとの関係、を調べたものである. 覧表試料名実験番刀斜面こう配 d50 切開j d60/dlO 波高H(cm)局期T(sec) はい上り高さ_R ₍_c_m₎ _{(m/sec' )}H/T' R/H ① 1 : 1.5 14.7 2.63 6.2 目。8 5.0 0.097 0.81 ② 匂 1; 1; 8回日 11 6.4 目日139 。目72 ③ 1

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(3)

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(4)

日二日

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(5)

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3 .

実験結果および考察捨石材料として最適なものは，同一条件下において，流速をおそく与えるもの，かつまたはい上り高さと波高との比 (R/H)の値の小さいものであると考えて実験結果に考案を加えてみる. 図-3 A (1 : 1.5) H o 6.2c ₇₀ 図←4 A 、1: 2.0)H o 6.5 図-5 A ' 1 : : 2.5)H o 6.7cm 60 会念里会 x δ 五 g μ 百 8

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(8)

図-24 図-25 図-26 G (1 : 1.5) H G (1 :2.0) H G(1:2.5)H 70 o 5.9cm 70 o 5.6cm 70 o 5.2cm 、低 x 9町2 生認 3誕時 x 9.2 x 9.7 60

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O2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 O2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 O2 4 6 8 10 12 14 16 18 2C 泌さ cm 深さ cm 傑さ cm (1) 流速について実験番号①'"'-'~の実験を示す図 -2~ 図一16~ζ おいて全般的にいえるととは， H/T2の値が大きくなるにしたがって，対応する流速の値も大きくなる傾向にあるという乙とである.そ乙で H/T2の値の大きい (流速のはやい)実験(図中の×印のもの)に注目してみる. 図 -2"7~図-29は図-3~図 17の×印の実験を斜面乙図-27 図-'-28 70 _{1:L5(T=0.82ed 70} H/T2 o A 0.150 60 d B 0.156

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う配別にまとめたものである.H/T2の値が全部同じではないので上述のような判定で最適な捨石試料は決め難いが，不適当な試料ならば挙げる乙とができる.すなわち

1

割

5

分の斜面乙う配には

B

，

C

試料，

2

割には

D

試料そして2割 5分には A試料が不適当である. 図-29 70 _{1: 2}_.₅_(T= 乱8sec) 1 : 2.0 (T=O. 8sec) H/T~ H/T' 。A 0.148 。A 0.145 t::.B 0.156 60 .Q， B 0.144 x. C 0.159 )'c， C 0.152 • D 0.148 • D 0.172 畠 E 0.148

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.. E 0.156 50 ，cJz448e/0c 8- . a)(. .l

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2 4 6 8 10 12 14 16 18 2O O2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 O2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 深さ cm 同様にして実験番号③~⑧の実験を示す図-18~図-26を検討してみる.試料別にみると， E試料でほ 2割 5 分の斜面乙う配における×印の実験 (H/T2の値の大きいもの)に対応する流速の値が大きいくらいで，その他のものには斜面乙う配およびH/T2の値による流速の差がほとんどみられない.

F

試料については

E

試料に述べたことがそのままあてはまる

.G

試料についてはH/T2 の大きい値 (x印)に対応する流速の値を問題とすれば深さ cm 深さ crn よい.乙れらの乙とから

1

割

5

分および

2

割の斜面こう配

l

とは

G

試料，

2

害'IJ

5

分

l

とは

E

試料が不適当であるといえる. (2) はい上り高さについて実験番号① ⑧の実験による H/T2とR/Hの関係が図 -30~図-32に示されている.とれらの図からは H/ T2とR/Hとの定性的な関係はつかみ難い.しかし前述のように向一条件下でR/Hの値を小さく与える試料

(9)

A

B

C

D

E

。一一唱 tトー--<1 栄一ーー一世酔ーーー--嘩 ---ー晶図 32 (1 : 2 _5)

舟ー _

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〆ヤイ

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'- -図-31 (1 : 2.0) 図-30 (1 : 1.5) 0.30 0.080 0.100 0.120 0.140 0.160

H/T'

(m/sec') 1.00 0.90 0.40

出

。

70 0.60 0.50 0.080 0.100 01.20 0.140 0.160

H/T'

(m/sec') 0.080 0.100 0.120 0.140 0.160 日

/

T

'

(m/sec') 図-35 (1 : 2.5) / / ム _，ノ

xG

:/ / 図-34(1 : 2.0) 図-33 (1 : 1.5) 1.1 1.0 0.6

出

0.8

O

.

7

0.07 0.06 。目 04 0.03 m 山ハ HU 0.06 0.05 0.04 0.5 0.03 0.06 0.07

H/T'

(m/sec') 0.05 0.04 0.03 F 円 υ n H U ハ H υ H/P (m/sec') H/P (m/s巴c') の関係を図図 -33~ 図 35iと示す.斜面こう配別にみると，

3

試料とも傾向がまったく同じであるととがわかる.すなわち

1

割

5

分の斜面ζう配に対しては，

H/

T2 の値が大きくなるにしたがって対応する R/Hの値も大きくなっでいき， 2割および2割5分の斜面こう配に対しては， H/T2の値が 0.05近傍までは対応するR/Hの値も大きくなっているが0.05以上のH/T2の値については R/Hの値は小さくなっていっている.試料の捨石材料が捨石材料として最適なものであるとするならば， Tニ 0.8秒と一定であるからやはり H/T2の値に対応する R/Hを問題にすべきであろう. そうすると

1

割

5

分の斜面乙う配には

E

試料，

2

割

5

分

l

こは

D

試料が不適当である.

2

割の斜面こう配にはとりわけ不適当であるという試料はないが，

c

試料が他の試料よりは適当であるといえる. 同様にして実験番号@~⑫の実験による H/T2 と R/H

(10)

図-36

0 .

9

0 .

8 見

0 .

7

0 .

6

0 .

5

0 .

0

6

0

0 .

0

8

0

0 .

1

0

0 .

1

2

0

0 .

1

4

0

0 .

1

6

0 H/T2

(m/ s

e

c

2 )

の適否をのべるならば，

1

割

5

分の斜面乙う配

l

と対しては

G

試料，

2

割および

2

割

5

分の斜面乙う配に対しては

F

試料が適するといえる. 図-36はは実験番号③ ⑧の実験による H/T2をR/H との関係である.とれまで述べてきた H/T2とR/Hとの関係は

T

を一定に保って

H

を変化させた場合のものであったが，図 36に示されているのは Hをほば一定に保ってTを変化させた場合の R/HとHj'f2の関係である.図から

G

試料は

1

割5分の斜面こう配に適しているζとがわかる.乙の図で興味深い乙とは，従来，いかなる斜面 ζう配に対してもH/T2の値が大きくなるにしたがって R/Hの値は逆に小さくなっていくとしていたのであるが，本実験でその逆の結果も得られたととである.

4 .

あとがきフィルダム上流斜面保護に使用される捨石材料についての種々の実験と考察を加えてきたが.結論できることは最適な捨石材料は対象とする斜面ζう配によって異なる.さらにH/T2によっても異なるというζとである.特 lとH/T2の値については，例えば H/T2=O.10であってもそれが通常の風波による場合と暴風雨による場合とでは，意味するところが全く異なるということである。したがって，今後は暴風雨時の波浪を対象とするなどの限定した実験の結果の積重ねが必要と恩われる. 参考文献

1 .

農林省農地局土地改良事業計画設計基準第3部設計第1編フィルダム 2. SHRARD， J.L.， WOODWARD， R. L.， GIZINSKI

，

S.F. and CLEVENGER

，

W.A. Earth and Earth幽RockDams

John Wiley and Sons

，

Inc.

3 .

大根，西堀，木村フィルダムの斜面侵食につい

て

フィルダムの上流斜面保護用の捨石について