土石流のレオロジー的性質について

Abstract

土石流のような高濃度な固―液混相流のレオロジー的な性質を明らかなものとするために, 流動化法を応用した回転粘度計, および開水路を用いて実験をおこなった。実験材料としては, ほぼ均一粒径の砂, ガラスビーズ, および水を用いておこなった。高濃度な流体は, ずり速度の変化に対してことなった性質を示し, ずり速度が大きくなるにつれ, ニュートン流体からダイラタント流体, もしくは, ビンガム流体からダイラタント流体へと特性が変化する流れ曲線を示した。また, 流れ曲線は濃度によっても大きい影響を受け, 砂の場合は容積濃度でほぼ43％前後で, ガラスビーズの場合は54％前後でその性質が大きくことなることが認められた。すなわち, それらの限界よりも濃度の高い場合は, 降伏値をもつビンガム流体, 濃度の低い場合は, セン断応力がずり速度の自乗に比例する, ずり速度粘稠化となるダイラタント流体とほぼみなせるものと思われる。粘性係数としては, ダイラタント流体とみなせるものについては10_0 (poise) ビンガム流体とみなせるものについては10_1 (poise) のオーダーの値を得た。

The rheological properties of concentrated solid-liquid flow, such as debris flow, was investigated in this study. Two instruments were used to measure the properties. One was the fluidized rotational-viscometer, the other was the channel-viscometer. The mechanisms of such high concentrated fluid were postulated for the Newtonian-Dilatant, or the Bingham-Dilatant shape of the flow-curve when the fluid moved from low to high shear rates. The shape of these flow-curves differed with concentration less than and greater than about 43% (by Volume) for sand, and 54% for glass beads.; At higher concentration, the fluid had a yield value, and regarded as the Bingham fluid for the most part. At lower concentration, it behaved as a shear-rate thickening flow--shearing stress was in proportional to the square of shear rates--, and almost regarded as the Dilatant fluid. The coefficients of viscosity of the fluid was of the order of 10° (poise) at the lower, and 101 at the higher.