津波 に よる屋 外 タ ンクの滑動 ・漂 流 実験 お よび予 測 手法 の提案
5
0
0
全文
(2) 277. 津波 によ る屋 外 タ ンクの滑動 ・漂 流実 験 およ び予測手 法 の提案. (b) 防液堤 を設 置す る場 合の 平面配置. (a) 平 面水槽全体 のセ ッテ ィング 図‑1. 水理 模型実 験 の セ ッテ ィング. ク の底 版 と基 礎 との 間 の 静 止 摩 擦 係 数 は0.4〜0.7と さ れ る た め(JIS B. 8501(p.130)),ア. ク リル 製 の タ ン ク模 型. と の摩 擦 係 数 が そ れ に 近 い 発 泡 ポ リエ チ レ ン シー トを タ ンク設 置 位 置 に敷 い て 実 験 した.な お,別 途 計 測 の 結 果, 実 験 時 の 静 止 摩 擦 係 数 は0.4で あ った. (2) タ ン ク の漂 流 挙 動 実 験 に よ り観 察 さ れ た,防 液 堤 が 無 い と き の タ ン ク漂 流 挙 動 の基 本 パ ター ンを以 下 に記 す.例. (a) 初期位 置で津波 を受 ける タンク. と して,Tank1. の模 型 にWave1の 津 波 を 当 て た 時 の様 子 を 写 真‑1に 示 す. a)津 波 が 当 た り始 め た 当 初 は,タ. ンク は静 止 摩 擦 力 で. 基 礎 上 に 留 ま っ て い る(写 真‑1(a)).後. 述 のよ うに タ ン. ク底 部 下 面 へ の水 の 入 り込 み は 少 しず っ 起 こ って い る. b)静 止 摩 擦 力 が 津 波 の 水 平 力 に 抗 し切 れ な く な る と, タ ン ク は動 き 出 す.こ 水 が 入 り込 み,タ. の瞬 間,タ. ン ク底 部 下 面 に多 量 の (b) 移 動を始 めた タンク. ン ク は浮 力 を 受 け て 大 き く動 き 出 す. (写 真‑1(b)). c)水 深 が タ ン クの 喫 水 よ り十 分 大 き い と き は,タ. ンク. は浮 か び な が ら漂 流 す る(写 真‑1(c)). d)タ. ン ク周 辺 の 水 位 が 下 が っ た と き,タ. ンクは減速 を. 始 め,最 終 的 に停 止 す る. (3) 周 囲 流 速 と の 関係 内 液 量11.8%のTank2にWave2の. (c) 浮 上 して 漂 流 す る タ ン ク. 波 が 作 用 した と き,. タ ンク の移 動(護 岸 か らの 時 々 刻 々 の 距 離)を ス テ レオ ビ デ オ ト ラ ッ カ ー に て 計 測 した 例 を 図‑2(a)に 示 す.同. じ. ケ ー ス で タ ン ク が 移 動 し た位 置 に お け る水 位 を 図‑2(b) に,タ. ン クが 移 動 した 位 置 に お け る周 囲 流 速 お よ び 図‑2. 写真‑1. Tank1(内 液量10%),Wave1の. な って 動 い た後,水. 動 き 出す 直前 にお け る タ ン ク底 部 と基 礎 の 間 に入 り込 む 水 の様 子 を,タ. 2(c)に 示 す.水. に示 す.内. あ り,図‑1(a)に. 示 し た計 測 点 の値 か ら補 間 して 求 め た.. タ ン ク は津 波 フ ロ ン トの通 過 後,水. 位 と流 速 が 上 昇 し. て は じ めて 動 き出 し,2〜3秒 後 か ら周 囲 流 速 と同 速 度 に. 位 が下 が る と減 速 し止 ま る様 子 が わ. か る.水 位 低 下 時 の 減 速 は摩 擦 力 に よ る と考 え られ る.. (a)の タ ンク位 置 の微 分 か ら求 め た タ ン ク移 動 速 度 を 図‑ 位 ・流 速 は タ ン ク を 置 か な い と き の 値 で. ときの タ ンクの挙動. ンク の上 部 か ら撮 影 した もの を写 真‑2. 液 量10%のTank2にWave2を. の で あ る.水. 当 て た場 合 の も. は津 波 の上 流 側 か ら一 部 入 り込 み,タ. ンク. 底 面 に部 分 的 に浮 力 を作 用 させ る と考 え られ る. 図‑3は タ ン ク の 移 動 を 複 数 回,同. じ津 波 条 件(Wave1.
(3) 278. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). (a) タンク中心位置 の岸 沖方向位 置. (b) タンク中心位置におけ る水位(タ ンクが無い とき) (a) Tank1,wave1の. 場合. (b) Tank2,wave2の. 場合. (c) タンク中心位置におけ る流速 とタンク移動速度 図‑2. タ ンク の 移 動 と 周 囲 水 の 水 位 ・流 速 (Tank2,Wave2,防. 液 堤 な し). 図‑3. タ ンク中心 位 置(護岸 か らの距離)の 時刻 変化 実 験計 測 値 お よび解 析予 測 値(3.に後 述) 表‑3 防液 堤が あ る場 合 のタ ンク挙動. 写真‑2. 初 期位 置で タ ンク底 部 と タ ンク基 礎 の隙 間 に入 り込 む水 の様子. お よ びWave2)で. 測 定 し た結 果 で あ る.移 動 の タ イ ミ ン. グ ・距 離 は若 干 ば らつ くが,内 液 量 が 小 さ い方 が 動 き 出 しが 早 く,よ り長 距 離 移 動 す る傾 向 で あ る こ と が わ か る. また,実 験 で見 られ た2〜10mの ル に換 算 す る と100〜500mの. 移 動 距 離 は,現 地 ス ケ ー. 距 離 に 相 当 し,一 度 動 き始. め た タ ン ク は津 波 に よ り タ ン ク径 な ど の ス ケ ー ル に比 較 (a) 防液 堤上 で停止. して か な りの 長 距 離 を移 動 す る こ と が わ か る.. 写 真‑1. (4) 防 液 堤 が あ る 場 合 の タ ン ク の 挙 動 Tanklの 周 囲 に図‑1(b)の よ う に 防 液 堤 を 設 置 して 津 波 を 当 て た 場 合 に,タ. ンク の 挙 動 を観 察 し た例 を 表‑3お よ. 位 分 布 を 受 け て,タ と き2.6cm,20%の. (b) 防液 堤 を乗 り越 え漂 流. 防 液堤 が あ る場合 の タ ンク挙 動 例 ン ク は浮 上 時 の 喫 水(内 液 量10%の と き4.85cm)が,防. 液堤 の越流 水 深. び写 真‑3に 示 す.実 験 ケ ー ス に よ り タ ン ク は 防 液 堤 を越. よ り大 き い と き は タ ンク は 防 液 堤 内 に留 ま り,喫 水 が 越. え る場 合,越 え な い場 合 が み られ た.. 流 水 深 よ り小 さ い と き は タ ンク は 防 液 堤 を 越 え て 漂 流 し. タ ン クお よ び防 液 堤 周 辺 の 水 位 分 布 を 計 測 した 結 果 を. た.同 程 度 の と きは そ の 中 間 で 防 液 堤 上 で 停 止 す る な ど. 図‑4に 示 す.防 液 堤 が無 い 場 合 の 水 位 に 比 べ て,防 液 堤. の 挙 動 を した.こ. が あ る場 合 に水 位 は大 き く高 ま る こ とが わ か る.こ. る か 否 か は タ ンク の 浮 上 時 の 喫 水 と防 液 堤 の越 流 水 深 の. の水. の よ うに,タ. ン クが 防 液 堤 を 乗 り越 え.
(4) 279. 津 波 によ る屋 外 タンクの滑 動 ・漂流 実験 お よび予測 手法 の提 案. 図‑5. 図‑4. 静 止摩擦力 のバネ 設定. 遡上 水深 最大 時刻 での防 液堤 付近 水位 分布 (タ ンク設置 な し). 大 小 で 判 断 で き る こ と が わ か っ た. 3. 漂 流 挙 動 評 価 モ デ ル の 開 発 (1) 運 動 方 程 式 の構 築. 図‑6. 津 波 の 水位 と流 速 の 時 間 ・空 間 分 布 が 得 られ て い る場. 動摩 擦力計 算 時 の浮 力 の設定. 合 に,上 記 の タ ンク移 動 の メ カ ニ ズ ム を 表 現 す る運 動 方. x0:タ. 程 式 に よ る タ ンク挙 動 の 予 測 手 法 を構 築 し た.運 動 方 程. 変 位,F1:最. 式 は(1)式(池 谷 ら,2006;藤. 静 止 摩 擦 時 の作 用 浮 力,as:作. 井 ら,2007;今. 村 ら,2001). を 用 い た.. ン ク初 期 位 置,x1:タ. ン ク基 礎 水 平 バ ネ の 最 大. 大 静 止 摩 擦 力,μs:静. 止 摩 擦 係 数,Us:. 用 浮 力 に関 す る定 数.. タ ンク初 期 位 置 か らの水 平 変 位 が,地 盤 バ ネの 最 大 変. (1). 位(変 形 で き る最 大 の 長 さ)に 達 す る と きに最 大 静 止 摩 擦 力 が 発 生 し,そ れ を超 え て タ ン クが 変 位 す る と静 止 摩 擦. こ こでM:タ. ンク質 量,ma:付. Fr:津 波 流 体 力,FD:滑. 加 質 量,N:付. 加 減 衰,. 動 抵 抗 力 で あ り,こ の方 程 式 の. 力 は0に な る とす る.こ. な お,式(5)の. 解XGが タ ンク の 位 置 と な る. 流 体 力 は以 下 の モ リソ ン式 と す る.. こ で,地 盤 バ ネ の 最 大 変 位 は,. 別 途 計 測 を した と こ ろ0.2mmで. あ った.. 最 大 静 止 摩 擦 力 の 計 算 で,作. 用 浮力 を. 考 慮 して い る.こ れ は,2.(3)で 述 べ た タ ン ク底 部 と基 礎 の 隙 間 に入 り込 む 水 の効 果 を 考 慮 した もの で あ る.こ の. (2) こ こ に ρ:流 体 密 度,CD:抗 数,u:タ. 力 係 数,CM:慣. 性 力係. 直 径D),A:タ. ンク軸 直 角 方 向 の 幅(=. ン ク の 底 面 積,η:タ. の2割(as=0.2)と. 見 積 り,式(6)の 定 式 化 を 行 っ た.. タ ン クが 動 き 出 した 後 の 動 摩 擦 力 は,動 摩 擦係 数 ×重. ンク の 位 置 の 流 速(タ ン クが 無 い と き),u:. タ ンク の位 置 の流 れ加 速 度,S:タ. 入 り込 む水 に よ る作 用 浮 力 を,周 辺 水 位 の 静 水 圧 積 分 値. さ の下 記 の 式 で 表 す.. ン ク位 置 の 水 深. (7). (タ ン クが 無 い と き)で あ る. 摩 擦 抵 抗 は,止. ま って い る と き の 静 止 摩 擦 抵 抗 力FDs. と動 き 出 した後 の 動 摩 擦 抵 抗 力FDdを. 考 え る.. (8) (3) ま ず 静 止 摩 擦 力 は,図‑5お. よ び 式(4)の よ う な バ ネ を. 考 え る.. μd:動 摩 擦 係 数,Ud:動 bd:定 数,d:タ. 摩 擦 力 作 用 時 の 作 用 浮 力,ad,. ン ク浮 上 時 の 喫 水.. 動 摩 擦 作 用 時 に タ ン クが 受 け る作 用 浮 力 は,タ. (4). ンク底. 部 に 十 分 に水 が入 り込 む と す る と,周 囲 水 位 が タ ンク の 喫 水 に達 す る ま で は周 囲 水 位 に よ る静 水 圧 の 積 分 値 と な. (5) (6). る.こ の場 合,作. 用 浮 力 は 図‑6の 一 点 鎖 線 の よ う に な る. (ad=bd=1.0).し. か し,実 際 の タ ンク は,喫 水 以 下 の水. 深 で も タ ンク の 端 が 持 ち上 が って 傾 き動 摩 擦 力 が 減 る こ とが あ り,ま た 逆 に水 深 が 喫 水 を 上 回 る状 態 で も,タ. ン.
(5) 280. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). ク が傾 く こ と に よ って 地 面 に接 触 し動 摩 擦 力 を受 け る場 合 が実 験 で 観 察 さ れ た.こ. れ らの影 響 を 考 慮 す るた め,. 図‑6の 実 線 お よ び 式(8)の よ うに,定 数ad,bdを. 用 い て,. 作 用 浮 力 を 途 中で 切 り替 え る よ うに 設 定 した. (2) 水 理 模 型 実 験 結 果 と の比 較 表‑4に パ ラ メ ー タ を 示 す.摩 擦 係 数 は計 測 値 を 用 い, 抗 力 係 数 ・慣 性 力 係 数 は円 柱 の標 準 的 な 値 を用 い た.付 加 質 量 ・付 加 減 衰 の値 は,理 論 的 検 討 が 困 難 で あ った た め,実 験 結 果 に合 うよ う に設 定 した.実 験 で 計 測 した 津 波 の水 位 ・流 速 の 時 空 間 分 布 の情 報 を 用 い,実 験 結 果 の 図‑7. タ ンク の動 きを 予 測 した 結 果 を図‑3に 追 記 す る.実 験 の. タ ンク設置位 置 の水位 ・流 速変 化模 式図. ば らっ き の 範 囲 内 に予 測 結 果 が ほ ぼ収 ま り,実 験 結 果 を 良 く表 して お り,本 予 測 手 法 は妥 当 と考 え られ る. 表‑4. 実 験予 測 に用 いたパ ラメー タ. ま で 動 くか の ど ち らか に な る可 能 性 が 高 い と考 え られ る. 5. お わ り に 本 研 究 で は屋 外 タ ン ク の津 波 に よ る滑 動 とそ の 後 の漂 流 の挙 動 につ い て水 理 模 型 実 験 を 実 施 し,そ れ を 基 に し た タ ン ク挙 動 の予 測 手 法 提 案 を行 った. a)津 波 に よ り タ ン ク が 移 動 ・漂 流 す る場 合,タ. ンクは. 静 止 摩 擦 力 が 津 波 の 作 用 力 に抗 し切 れ 無 くな る と動 き 出 し,浮 力 を受 け て 漂 流 し,動 摩 擦 力 を受 け て 減 速 し 停 止 す る,と い うメ カ ニ ズ ム が 明 らか に な った. b)タ. ン ク周 囲 に 防 液 堤 を 設 置 した 場 合 に は,タ. ンクは. 防 液 堤 で 止 ま る ケ ー ス や 乗 り越 え る ケ ー ス が あ り,タ ンク浮 上 時 の喫 水 と津 波 の防 液 堤 の 越 流 水 深 の 大 小 で 両 者 が 分 か れ る こ とが わ か った. c)上 記 の タ ン ク滑 動 ・漂 流 の メ カ ニ ズ ム を 表 現 し う る 運 動 方 程 式 に対 して,津 波 の水 位 変 化 ・流 速 変 化 の 情 4. 津 波 作 用 時 の 屋 外 タ ン ク 移 動 距 離 に 関 す る 考 察. 報 を入 力 と して 与 え る こ と に よ り,タ. ンク の漂 流 挙 動. を予 測 す る手 法 を構 築 し た. 2.(3)で述 べ た よ う に,津 波 で 移 動 を 始 め た タ ン ク は長 距 離(現 地 ス ケ ール で 数 百mの オ ー ダ ー)を 移 動 して い る.. 謝辞:本 研 究 に際 し,亀 井 浅 道 消防 研 究 セ ン ター フェ ロ ー,. ま た,示. 今 村 文 彦 東 北 大 学 教 授,清. した例 よ り内 液 量 が 多 い ケ ー スで は,タ. ンクは. ご指 導 を頂 い た.こ. 静 止 した ま ま動 か な か っ た.. 宮 理 早 稲 田大 学 教 授 に多 くの. こ に記 して 謝 意 を表 し ます .. 図‑7の タ ンク設 置 位 置 の 津 波 水 位 ・流 速 の変 化 の 特 徴 と合 わ せ て 考 察 す る.津 波 に よ る水 平 力 は,水 位 ・流 速 が 最 大 の 頃 に最 大 と な るが((1)),こ. こ まで 動 か な か った. タ ンク は,そ の 後 は作 用 す る力 が落 ち るの で 動 く可 能 性 は小 さ くな る.逆 に言 え ば 動 くタ ン ク はそ れ ま で の(2)の タ イ ミ ン グで 動 き 出す こ と に な り,そ の 後 長 時 間津 波 の 作 用 を受 け る こ と に な る((3)).動 き 出 した 後 は大 き な 浮 力 を 受 け,浮 か ば な い場 合 も周 囲 の水 浸 しの 場 所 は摩 擦 が 小 さ い状 況 に な り長 距 離 滑 動 す る こ とに な る. わ が 国 の タ ン ク設 置 場 所 の 状 況 を考 え る と,タ. ンク か. ら数 百m以 内 に他 の 構 造 物 が 無 い こ と は考 え に く く,津 波 を 受 け た タ ン ク は,そ の場 に 留 ま る か何 か に衝 突 す る. 参. 考. 文. 献. 池 谷毅 ・稲垣聡 ・朝 倉良 介 ・福 山貴子 ・藤 井直樹 ・大森政 則 ・ 武 田智 吉 ・柳 沢賢 (2006): 津 波 に よる漂 流物 の衝 突 力 の 実 験 と評価 手 法 の提 案, 海 岸 工学 論 文 集, 第53巻, pp. 276‑280. 今 村文 彦 ・吉 田功 ・ア ン ドリュー ・ム ーア (2001): 沖 縄県 石 垣 島 にお け る1771年 明 和大 津波 と津波 石移 動 の数 値解 析, 海 岸工学 論 文集, 第48巻, pp.346‑350. 後 藤洋 三 (2005): ス マ トラ地震 の津 波 災害 によ る屋外 タ ンク 貯 蔵 所 等 の被 害 事 例 調 査報 告 Safety and Tomorrow, No.114, pp.60‑73. 藤 井 直 樹 ・福 山貴 子 ・稲垣 聡 ・池 谷 毅 ・柳 沢賢 ・大 森 政 則 (2007): 津 波 によ る漂 流物 挙動 の変 動 性 に関 す る実 験 と 評価 方法 の提案, 海 岸工 学 論文集, 第54巻, pp.241‑245..
(6)
関連したドキュメント
＊ 技術研究所先端技術グループ ＊＊ 土木設計部設計二課 ＊＊＊ 土木部 CIM 推進室 ＊＊＊＊ 土木技術部（現：九州（支）松浦 1
＊ 技術研究所先端技術グループ ＊＊ 関東土木（支）横浜湘南道路（工）
＊ 技術研究所 ＊＊ 技術研究所土木技術グループ ＊＊＊
＊ 技術研究所 土木技術グループ ＊＊ 技術研究所 ＊＊＊ 土木設計部 ＊＊＊＊ 北日本（支）名取（出）. 写真 ― 2 造粒固化処理物を用いた現場施工
＊ 土木設計部 ＊＊ 技術研究所土木技術課 ＊＊＊ 海外（支）土木課（香港） ＊＊＊＊ 海外（支）曾文トンネル（出）.
幹 事 藤田 香織 東京大学 委 員 豊岡 亮洋 鉄道総合技術研究所 幹 事 引田 智樹 鹿島建設 委 員 中村 いずみ 防災科学技術研究所 幹 事 芝 良昭
委員長 志波由紀夫 大成建設 委 員 境 有紀 筑波大学 副委員長 大保 直人 鹿島建設 委 員 西山 誠治 日建設計シビル 幹 事 上半 文昭
1989年 技術研究所 主任研究員 セミアクティブサスの開発 1990年 クルマ変⾰のキーとなる技術的⽅策策定活動 1993年 技術研究所 主幹研究員
