慣性土石流の統一モデル

Abstract

流れの全流動深にわたって高濃度に石礫が分散して流れている石礫型土石流, 石礫が流れているのは全流動深の内の下層部に限られ, 上層部は微細砂を浮遊しているだけの掃流状集合流動, 構成粒子が比較的細かく, 下層部は掃流状集合流動の場合と同様に粒子群が互いにほぼ平行に層流状に移動しているが, 上層部では水流の乱れによって粒子が高濃度で浮遊している中間型土石流, さらには, 中間型土石流の内, 下層部の厚さが非常に薄く, ほぼ全体が乱流状態である泥流状土石流(泥流)では, 粒子および水の運動に対して慣性の影響が強く働いており, 総括して慣性土石流と分類できる。本論文は, 粒状体の慣性流動に関する構成則と乱れによる粒子浮遊の式を基本として, 慣性土石流に関する統一モデルを提案するものである。モデルは実験によって検証されている。また, 以前に高橋によって, 各土石流のタイプに対して個別に与えられている理論が, 今回の理論と同様に適合性のよいものであることも示されている。

This paper gives a unified theory of the inertial debris flows applicable for all the subclassifications I.e., the stony, immature, hybrid and muddy debris flows. The stony debris flow is defined as the flow whose entire depth is composed of mixture of coarse particles. In the immature debris flow the coarse particle mixture layer occupies only a lower part of the depth and beyond that virtually no coarse particle are contained. In contrast to the stony and immature debris flows, the hybrid debris flow appears when the comprising particles are small and it is composed of lower particle colliding and jostling layer and the upper particle suspension layer. Of the hybrid flows that has only a thin particle colliding layer is called as the muddy debris flow. The unified theory is based on the constitutive equations for an inertial granular flow and the turbulent suspension equation. The experimental data confirm the theory. The theory also revealed that the previous Takahashi's simplified theory can predict the solids concentrations in the stony and in the immature debris flows equally well.