防 波 堤 マ ウ ン ド法 先 部 被 覆 ブ ロ ッ ク の被 災 メ カ ニ ズ ム の検 討
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(2) 防波 堤 マ ウ ン ド法先 部被 覆 ブ ロ ックの被災 メカニ ズムの検 討. 947. 果 の 確 認 を 目 的 と して,水 理 模 型 実 験 を実 施 した.実 験 は,図 一2に示 す よ うに,全 長50m,幅1.0m,深. さ1.2mの. 二 次 元 造 波 水 路 の 造 波 板 か ら33.2mの 区 間 を 用 い た.模 型 縮 尺 は1/60と し,造 波 板 か ら8.53mの 区 間 が 水 平 で, そ こ か ら1mの 区 間 を勾 配1/5.3の 斜 面 と し,そ 20mの 区 間 に 勾 配1/100の 斜 面,さ. の岸 側 の. らに 岸 側 に勾 配1/25の. 斜 面 を設 置 し,造 波 板 か ら31.2mの 位 置 に 防 波 堤 模 型 を 設 置 し た.造. 波 板 前 面 の一 様 水 深 部 に お け る 静 水 深 は. 0.73mと し,防 波 堤 模 型 設 置 位 置 の 水 深 は0.3mと し た. 本 研 究 で は法 先 部 の 被 覆 ブ ロ ッ ク の安 定 性 の み に着 目 し. 図‑3. 実 験 に用 い た 異 形 ブ ロ ッ ク の 形 状. て い る た め,写 真‑1に 示 す よ う に被 覆 ブ ロ ッ ク の模 型 は 法 先 部 の2列 の み に設 置 し,マ ウ ン ドの 斜 面 お よ び水 平. 表‑1. 実 験 に用 い た 異 形 ブ ロ ッ ク の 諸 元(実 物 ス ケ ー ル). 部 に つ いて は,実 構 造 物 と開 口率 を一 致 させ た塩 化 ビニ ー ル 板 を設 置 した. 実 験 に 用 い た被 覆 ブ ロ ック の 形 状 を 図‑3に,長 幅Ba,高. さHaの 諸 元 を 表‑1に 示 す.原. さLa,. 設 計 の20t異 形 ブ. ロ ック を用 い て 被 災 を再 現 す る と と もに,ブ. ロ ック重 量. に よ る安 定 性 の 差 異 を 確 認 す る た め に,重. 量 を50tお よ. び85tに 増 加 させ た ブ ロ ッ ク と,20t異 形 ブ ロ ッ クか ら下 側 の脚 を 除 い た 形 状 で,高 後,脚. 表‑2. 波 浪条 件. さが 低 い16.6tの ブ ロ ック(以. 無 ブ ロ ック)を 用 い て 被 覆 ブ ロ ッ ク の被 災 状 況 を. 調 べ た.な お,捨 石 マ ウ ン ドは5g以 下 の 砕 石 を用 い て 所 定 の形 状 に 成 形 した. 波 浪 条 件 は 表‑2に 示 す とお りで あ り,2年 確 率 波 か ら 50年 確 率 波 ま で の6種 類 と し,修 正Bretschneider・ 光 易 型 の 周 波 数 ス ペ ク トル を 有 す る 不 規 則 波 を200波 作 用 さ せ た. (2) 実 験 結 果 と 考 察 各 ブ ロ ック に対 す る有 義 波 高 と被 害 率 の 関 係 を 図 一4に 示 す.5年. 確 率 波(H1/3=12.8cm)作. 用 時 で 原 設 計 の20t異. 形 ブ ロ ッ ク に被 災 が 生 じ,現 地 の 状 況 を よ く再 現 して い. 図‑2. 二次 元造 波水 路 を用 いた水理 模型 実験 の概 要 図. 図‑4 る.ハ. 法 先部被 覆 ブロ ック被 害率. ドソ ン式 で は ブロ ック所 要 重 量 は波 高 の3乗 に比 例. し,重 量 が 大 き い ほ ど安 定 性 が 向上 す る.ま た,大 熊 ら (2003)は 法 先 部 に対 して 原 設 計 の3.75倍 の 重 量 の補 強 ブ ロ ッ クを 用 い る こ とで 安 定 性 を増 加 させ て い る.こ れ に 対 して,本 研 究 の 実 験 結 果 は ブ ロ ッ ク重 量 が大 き い ほ ど 被 害 程 度 が 著 し くな り,重 量 増 加 に よ る安 定 性 の 向 上 は み られ な か っ た.逆. に,安 定 性 が 最 も高 い の は 最 小 重 量. 16.6tの脚 無 ブ ロ ッ クで,50年. 確 率 波 で も被 災 は全 く生 じ. な か った. 写 真‑1. 防波 堤模 型. 5年 確 率 波 を 作 用 さ せ た 場 合 に 対 す る50tの 法 先 プ ロ ッ.
(3) 948. 海. 岸. 工 学. 写 真‑2 ク の被 災 例 を写 真‑2に 示 す.被. 論. 文. 集. 第55巻(2008). 法先 部被 覆 ブロ ック被災 状況. 災 す る ブ ロ ッ ク は,(1)の. き ・沖 向 き と もに 法先 部 の対 象 ブ ロ ック位 置 で極 大 とな っ. よ う に押 し波 時 に 吸 い 出 され る よ う に持 ち上 が り,一 度. て い る。 これ は,法 先 は 法肩 に比 べ て重 複 波 の節 に近 く,. 岸 向 き に動 い た の ち,(2)〜(3)の よ う に引 き波 時 に沖 側 へ. 水 平 流速 が 比較 的大 きな領 域 に相 当す る た め で あ り,実 構. 大 き く移 動 す る こ とが 多 か っ た.被 災 状 況 は横 断 方 向 に 一様で な く ,造 波 中 に 移 動 す る ブ ロ ック と安 定 な ブ ロ ッ. 造 物 に お い て も法 先 部 の ブ ロ ッ クの み が 移 動 す る原 因 の1 つ で あ る と考 え られ る.ま. た,1/3最. クが 混 在 して い た.し か し,こ れ は 砕 石 の敷 き均 し状 況. 計 算 値,実 験 値 と もに,引. き波 時 と比 べ る と押 し波 時 の方. や ブ ロ ック の配 置 な どの わ ず か な 差 異 に よ る もの で あ り,. が 大 き く,実 験 で み られ た 被災 状 況 と整 合 して い る.. ブ ロ ック が防 波 堤 法線 方 向 に移 動 す る こ とか ら も,鉛 直 2次 元 の 流 況 場 が ブ ロ ッ ク の移 動 に 影 響 を お よ ぼ して い る も の と考 え られ る.. (2) 法 先 部 被 覆 ブ ロ ッ ク 周 辺 の 流 況 場 図‑6に,原. 設 計20tブ ロ ッ ク を設 置 した 条 件 に対 し5年. 確 率 波 を 作 用 させ た場 合 で,引. き 波 か ら押 し波 へ と移 行. す る 間 の 法 先 部 付 近 に お け る流 況 場 の 時 間 変 化 を 示 す. 4. 数 値 波 動 水 路 に よ る 不 規 則 波 計 算. 図 に は水 位 変 動 も合 わ せ て 示 す.引. 不 規 則 波 作 用 時 の 法 先 部 被 覆 ブ ロ ック 周 辺 の 流 れ を 詳. 流 れ が 剥 離 し,渦. 波 動 水 路CADMAS‑SURFを. 212.2s)に は,法. 用 い た不規 則 波計 算 を実 施. した.前 章 に示 した と お り,実 験 に お け る ブ ロ ック の 移. き 波 時(t=211.0s)に. は,法 先 の被 覆 ブ ロ ッ ク と 沖 側 の海 底 と の 段 差 に よ って. 細 に把 握 す る た め に,実 験 と同 一 断 面 条 件 に 対 して 数 値. が 生 じて い る.押. し波 時(t=211.6s〜. 先 部 の ブ ロ ックに よ って阻 害 された 岸. 向 きの 流 れ が,ブ. 動 の 有 無 に つ い て は3次 元 的 な 流 体 運 動 の 影 響 が 小 さ い と思 わ れ る た め,こ. 大 流 速 に 関 して は,. ロ ッ ク沖 側 の 上 部 隅 角 部 に集 中 し,大 表‑3. 計算 条件. こで は鉛 直2次 元 の計 算 を 行 った.. 表‑3に 計 算 条 件 を 示 す.格. 子 間 隔 は,鉛 直 方 向 に1cm,. 水 平 方 向 に 可 変 メ ッ シュ を 用 いて 沖 側 か ら5cm,3cm,1 cmと 変 化 さ せ た.特 解 析 す る た め に,防. に マ ウ ン ド近 傍 の 運 動 を 高 精 度 に 波 堤 近 傍 の 格 子 間 隔 は1cm×1cmと. した.し か し,複 雑 な異 形 ブ ロ ッ ク の形 状 を正 確 に 反 映 さ せ る ほ ど の十 分 な解 像 度 で は な い た め,表‑3に. 示 す3. 種 類 の法 先 部 被 覆 ブ ロ ック は そ れ ぞ れ の 高 さ と長 さを 反 映 させ た透 過性 矩 形 構 造 物 と して 表 現 し,ブ ロ ッ クの 大 き さ の差 異 が 流 況 場 に お よ ぼ す 影 響 を検 証 した.な お, 被 覆 ブ ロ ッ クの 被 災 に関 す る不 規 則 波 再 現 計 算 に 先 立 ち, 防 波 堤 を設 置 しな い海 底 地 形 の み の条 件 で 計 算 を 行 い, 水 理 実 験 に お け る通 過 波 検 定 結 果 と比 較 す る こ とで,模 型 設 置 位 置近 傍 に お け る波 高 分 布 が 実 験 と同 等 と な る よ うに入 力 波 高 値 を 設 定 した. 5. 法 先 部 被 覆 ブ ロ ッ ク の 被 災 メ カ ニ ズ ム (1) 防 波 堤 前 面 の流 速 分 布 図‑5に,原. 設 計 の20tブ ロ ッ ク を設 置 して5年 確 率 波 を. 作 用 さ せ た 場 合 の,底. 面付 近 に お ける水平 方 向 の流速. Urmsおよ び押 し波 時 ・引 き波 時 の1/3最 大 流 速Uon1/3,Uoff1/3 の計 算 結 果 と実 験 結 果 を示 す.底 面 付 近 の 流 速 は,岸 向. 図‑5. 底面 付 近 の水平 流 速分 布.
(4) 949. 防波 堤 マ ウ ン ド法先 部被 覆 ブ ロ ックの被災 メ カニ ズムの検 討 き な 流 速 が 発 生 す る. 図‑7に,図‑6に. な っ て い る.. 示 した 時 刻 を 含 む5秒 間 の,法 先 部 先. 端 の ブ ロ ック よ り1つ 沖 側 の計 算 メ ッ シ ュ に お け る水 位 η と,最 下 層 計 算 メ ッ シ ュ(B)お よ び,そ 方(B+2cm,B+4cm)に な お,こ. の2cm,4cm上. お け る波 動 圧Pの 時 系 列 を示 す.. こで は,全 圧 力 か ら静 水 圧 を 差 し引 い た 圧 力 成. 分 を 波 動 圧 と定 義 した.水 は,図‑6の. (3) ブ ロ ッ ク の 重 量 増 加 に よ る 安 定 性 の 変 化 図‑10に,対 場 合 の,ブ. 象 ブ ロ ッ ク を20t,85t,脚 ロ ッ ク 上0.5cmに. 流 速Uon1/3,Uoff1/3の 計 算 結 果 を 示 す.ブ か わ ら ず,法. 無16.6tに. した. お け る 岸 沖 両 方 向 の1/3最. 大. ロ ック の 重 量 に か. 先 ブ ロ ッ クの 直 上 で 岸 向 き流 速 が 極 大 とな. 位 の 時 系 列 を 示 す 図‑7(a)に. 波 動 圧 の 空 間 分 布 を 示 した時 刻 を ○ で 示 して. い る.図‑7(b)を. み る と,引. き 波 か ら押 し波 に 移 行 し,. 波 の 峰 が 現 れ る ま で の 間(t=2115s〜212.1sお 213.3s〜213.9s)に,最. よ びt=. 下 層 に お け る波 動 圧 が 上 方 の 値 よ. り大 き くな って い る.そ れ以 外 の 時 刻 で は水 深 に よ る顕 著 な 波 動 圧 の差 は 認 め られ な い. 図‑8に,押. し波 時(t=211.9s)に. (a) 水 位. 対 して,図 ―7と同 じ計. 算 メ ッ シ ュ に お け る各 水 深 の波 動 圧Pと 底 面 に お け る波 動 圧PBと の 比 の 鉛 直 分 布 を示 す.通. 常,押. し波 時 の波 動. 圧 の 鉛 直 分 布 は 静 水 面 に近 い ほ ど大 き くな るの に対 して, 法 先 部 先 端 ブ ロ ッ ク直 近 の計 算 メ ッ シ ュに お け る計 算 結 果 で は,底 面 に 近 い ほ ど圧 力 が 大 き い. 図‑9に,図‑8と. 同 じ条 件 ・時 刻 に お け る法 先 部 被 覆 ブ. ロ ッ ク付 近 の 波 動 圧 の岸 沖方 向 分 布 を示 す.法 先 部 の 先 端 か ら沖 側 へ 被 覆 ブ ロ ッ クの 長 さ半 分 程 度 離 れ た範 囲 で は,ブ. ロ ッ ク上 面 に相 当 す る水 深(B+3cm)に. 動 圧 と比 べ て,底 に,ブ. 作 用 す る波. 面(B)に お け る値 が 大 き い.こ. (b) 波動圧. のよ う. 図‑7. 法先 部 の沖側 に おけ る水 位 と波動 圧 の時間 変化. ロ ッ ク上 下 の圧 力 差 が 揚 圧 力 と して 働 く こ とに よ. り,法 先 部 の 被 覆 ブ ロ ッ クが 移 動 しや す くな っ て い る と 考 え られ る.な お,計 算 で は被 覆 ブ ロ ッ ク は透 過 性 を 有 す る ポ ー ラス セ ル と して 扱 わ れ て い るた め,ブ. ロ ッ ク内. 部 の計 算 メ ッ シ ュ で は流 速 お よ び波 動 圧 が 極 端 に小 さ く. 図‑8. 図‑6. 法 先付 近 の流速分 布 の時 間変化. 図‑9. 法 先 部 の沖 側 に お け る波 動 圧 の 鉛 直 分 布(t=211.9s). 法 先 部 被 覆 ブ ロ ック付 近 の波 動 圧 の 水 平 分 布(t=211.9s).
(5) 950. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). 防 波 堤 の 構 造 と形 状 を選 定 す る必 要 が あ る と いえ る. 6. ま と め 本 研 究 で は,実 際 に被 災 して い る防 波 堤 マ ウ ン ド法 先 部 の 被 覆 ブ ロ ッ ク に 対 し て,水 SURFを. 理 実 験 とCADMAS‑. 用 い た 不 規 則 波 計 算 に よ り被 災 発 生 メ カ ニ ズ ム. を検 討 した.本 研 究 で 得 られ た 結 果 を ま とめ る と,以 下 の とお りで あ る. (1)現 地 で 確 認 さ れ た 防 波 堤 マ ウ ン ド法 先 部 の被 覆 ブ ロ ッ クの 被 災 状 況 を再 現 す る た め に,水 理 実 験 を 実 施 した. そ の 結 果,現 地 と同 様,5年. 確 率 波 を作 用 させ た と き,. 原 設 計 の20t被 覆 ブ ロ ッ ク に 移 動 が 生 じ た こ と を 確 認 図‑10. した.. 法 先部 被覆 ブロ ック上 の流速分 布. (2)被 覆 ブ ロ ック の重 量 を 増 加 さ せ て も,ブ 性 が 向 上 せ ず,む. ロ ッ クの 安 定. し ろ被 害 率 が 拡 大 す る こ とが 実 験 結. 果 よ り判 明 した. (3)計 算 結 果 よ り,マ ウ ン ド法 先 部 で 水 深 が急 変 す る た め, ブ ロ ッ ク上 で 大 きな 流 速 が 発 生 し,ブ ロ ッ ク沖 側 端 部 付 近 で 揚 圧 力 が生 じ る こ と か ら,法 先 部 で ブ ロ ッ クが 移 動 した と考 え られ る.ま た,水 理 実 験 で確 認 され た 重 量 増 加 に伴 う ブ ロ ッ ク安 定 性 の 低 下 は,流 れ にお よ ぼ す影 響 が 重 量 増 加 効 果 を上 回 った た め で あ る と推 察 さ れ る. (4)以 上 の 結 果 は,ブ. ロ ッ ク の重 量 が 大 き い ほ ど安 定 で あ. る と い う従 来 のハ ドソ ン式 の考 え方 と は正 反 対 で あ り, 図‑11. 法 先 部 沖 側 に お け る波 動 圧 の 鉛 直 分 布(t=211.9s). 複 雑 な 設 定 条 件 に対 す る水 理 実 験 お よ び数 値 計 算 に よ る被 災 メ カ ニ ズ ム の検 討 の重 要 性 が 示 さ れ た.. るが,ブ. ロ ック重 量 が 大 き い ほ ど 流 速 値 が 大 き くな っ て. い る.こ れ は,表‑1に 示 した とお り,重 量 の 大 きな ブ ロ ッ. 謝 辞:水 理 実 験 に あ た って は,(株)日本 工 業 試 験 所 ・新 幸. ク ほ ど 高 さが 高 く,流 れ に及 ぼ す影 響 が 増 大 した た めで. 弘 行 氏 お よ び 池 田博 和 氏 の 協 力 を,ま た 図 面 作 成 の 際 に. あ る.. は,名 古 屋 大 学 大 学 院 生M2・. 図‑11に,各. ブ ロ ック に 対 す る,図‑8と. 同 じ条 件 ・時. 笹 田 泰 雄 君 の協 力 を得 た. こ と を記 して,謝 意 を表 す る.. 刻 ・位 置 に お け る各 水 深 の 波 動 圧Pの 鉛 直 分 布 を 示 す. ブ ロ ッ ク重 量 が 大 き い ほ ど ブ ロ ッ ク上 下 の圧 力 差 が 大 き い こ とが わ か る.こ の ことか ら,水 理 実 験 にお い て ブ ロ ッ ク の重 量 を 増 加 させ て も安 定 性 が 向上 せ ず,む 率 が 増 加 した の は,ブ. しろ 被 害. ロ ック高 の増 加 に よ る ブ ロ ッ ク上. の 流 速 増 加 と被 覆 ブ ロ ッ ク に作 用 す る揚 圧 力 の増 加 の 影 響 が,ブ. ロ ッ クの 重 量 増 加 の 効 果 を上 回 っ た た め で あ る. と推 察 さ れ る. 以 上 の よ う に,本 研 究 で 対 象 と した マ ウ ン ド法 先 部 で は,複 雑 な 流 れ に よ り被 覆 ブ ロ ック の移 動 が 生 じや す く な って い る.ま た,流 め に,ブ. れ に お よ ぼす 影 響 が 大 き くな るた. ロ ッ クの 重 量 増 加 に よ って 安 定 性 が 低 下 した.. これ は,従 来 用 い られ て きた ハ ドソ ン式 か ら導 か れ る重 量 が 大 き い ほ ど安 定 性 が増 加 す る と い う関 係 と は正 反 対 の 結 果 で あ る.こ れ らの こ とか ら,複 雑 な 条 件 下 で は, ブ ロ ッ ク の被 災 メ カ ニ ズ ム を 詳 細 に検 討 した 上 で 最 適 な. 参. 考. 文. 献. 磯部雅彦 ・高橋重雄 ・余 錫平 ・榊山 勉 ・藤間功司 ・川 崎浩司 ・ 蒋 勤 ・秋 山 実 ・ 大山洋志 (1999): 数値波 動水路 の耐 波設 計 への適用に関す る研究‑VOF法 基本 プログ ラムの作 成‑, 海洋 開発論文集, 第15巻, pp.321‑326. 稲垣絋 史 ・片山猛雄 (1971): 被災例 による混成堤 マ ウン ド被覆石 の安定限界 の検討,港 湾技研資料, No.127, 22p. 大熊義 夫 ・興野俊也 ・柴崎尚史 ・安 田勝則 ・中野 修(2003): 流 速場 におけ る混成堤断面の被災状況 の相違 によるブ ロック安 定性検討,海 岸工学論文集, 第50巻, pp.751‑755. (財)沿 岸開発技術セ ンター(2001): 数値波動水路 (CADMAS‑SUR F) の研究 ・開発,沿 岸 開発技術 ライブラ リーNo.12, 457p. 谷本勝利 ・柳生忠彦 ・村永 努 ・柴 田鋼三 ・合 田良 実(1982): 不 規則波実験 によ る混成堤マ ウン ド被覆材 の安定性 に関する研 究, 港湾技術研究所報告, 第21巻, 第3号, pp.3‑42. 日本港湾協会 (2007): 港湾の施設の技術上の基準 ・同解説 (下), 1485p. 松本 朗 ・高橋 重雄 (2001): 流速場に基づ く混成堤 マウ ンド被覆 材 の高度設計法, 海岸工学論文集, 第48巻, pp.911‑915. 松本 朗 ・半沢 稔 ・ 高 橋重雄 (2003): モ ンテカル ロ法に よる混 成堤 マウ ン ド被覆石 の移 動の シ ミュレーシ ョン,海 岸工学論 文集, 第50巻, pp.781‑785..
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