砂とセメントを充填したジオテキスタイル砂コンテナ防波堤の安定性と水理性能に関する予備調査

Dec 09, 2023

Scientific Reports volume 12、記事番号: 15244 (2022) この記事を引用

3364 アクセス

1 引用

メトリクスの詳細

防波堤は、自然保護対策が不足している場合に、港や港湾構造物に静けさをもたらす重要な建造物です。 伝統的に、これらの巨大な構造物は数トンもの重さの自然の岩を使用して建設されます。 現在のシナリオでは、巨大な自然石の入手は困難であるだけでなく、環境にも優しくありません。 ジオテキスタイル砂コンテナ (GSC) は、防波堤の岩装甲ユニットの適切な代替品として浮上しており、さまざまな文献がその有効性を裏付けています。 本研究は、計算された量のセメントと砂を充填したときの GSC の性能を分析することを目的としています。 セメントと砂を充填したジオテキスタイル防波堤モデルの水理性能と安定性解析は、1:30 スケールの単色波水路で実行されます。 GSC 防波堤に砂とセメントを充填すると、砂のみを充填した場合に比べて、波の遡上、遡上、および反射が大幅に減少し、安定性が最大 43% 向上することが観察されます。 その結果、破壊行為に対抗する必要がある場合、セメント砂を充填した GSC ユニットが、砂のみを充填したユニットの可能な代替品として提案されます。

防波堤は通常、波のエネルギーを消散させ、港に停泊している船舶からの貨物の積み下ろしを容易にするために、港内に穏やかな状態を作り出すように建設されています。 また、港湾地域が穏やかであることは、港湾の円滑な機能に有利である。 海洋の波は、モンスーン期に深刻な海岸侵食を引き起こすことが多く、海岸の生態系、生活、地域社会に壊滅的な影響を与える可能性があります。 地球規模の気候変動とそれに伴う海面上昇は、隣接する沿岸地域に深刻な波の作用、浸水、沿岸洪水を引き起こす可能性があります1。 繰り返されるサイクロンとそれに伴う高潮は、最近の懸念事項です2、3、4。 したがって、沿岸地域への有害な波の悪影響を軽減できる防護構造を設けることは避けられません。

海岸保護構造物は一般に硬い場合と柔らかい場合があります。 砂の迂回、砂丘の補充、植物の保護、海岸の修復などがソフトソリューションとみなされます5、6。 浸水および浮上した防波堤、堤防、護岸、護岸、股間などがハードソリューションとして採用されています7,8。 長年にわたり、瓦礫マウンドまたは岩で装甲された構造物が最も一般的に採用された防波堤システムでした9。 天然岩石の価格の驚くべき高騰、入手可能性の低下、多くの州での採石禁止により、岩石構造物に代わる実行可能な代替手段が求められています10。 長年にわたり、人工装甲ユニットには驚異的な革新が行われてきました。 コンクリート キューブ、テトラポッド、アクロポッド、ドロス、コア ロックなどは、いくつかの注目すべき装甲ユニットです9、11、12、13、14、15。 研究は革新的な防波堤構造の設計にまで及んだ。 この点での注目すべき貢献には、半円形および四分の一円形の防波堤16、17、プレート防波堤18、タンデム防波堤19、浮きパイプ防波堤20、21、杭防波堤22、23などが含まれます。これらに加えて、ジオシンセティックスはさまざまな海岸工学用途にも広く使用されています。 ジオシンセティックスとは、さまざまな土木工学用途に使用できる幅広い天然または人工のポリマー材料を指します24。 ジオシンセティックスには、ジオテキスタイル、ジオメンブレン、ジオグリッドなどが含まれ（道路建設、廃棄物管理、法面保護などの土木工学用途に使用されます）、ジオテキスタイルは海岸工学用途に広く使用されています25、26。 ジオテキスタイルの海岸工学用途には、護岸 27、堤防 28、防波堤 29、防波堤の装甲ユニット 30、31、およびその他の海岸保護構造物 8、12、32、33、34、35 が含まれます。 ジオ合成砂コンテナ (GSC) は、従来の岩石構造物に比べてさまざまな利点があることが証明されています 36。 均一なサイズの装甲ユニットを広範囲に供給できますが、岩の場合は非常に困難です 37,38。 コンテナサイズが大きい場合は単位体積当たりのコストを削減でき、施工時間を大幅に短縮できます。 充填率は、噛み合いや柔軟性により安定性や形状に影響を与えます。 従来の構造物と比較して、より急な斜面にも積み上げることができます。 ジオテキスタイル構造のもう 1 つの魅力的な特徴は、地元で入手可能な材料をチューブまたはコンテナに現場で充填できることであり、建設を費用対効果が高く、迅速に行うことができます 39。 GSC ユニットが視覚的なインパクトを生み出すという事実にもかかわらず、上記の利点により、砂入りジオテキスタイル ユニットは、従来の瓦礫マウンド防波堤の一次および二次装甲ユニットに代わる実行可能な代替品となります。 防波堤構造におけるジオテキスタイル ユニットの性能を定量化する試みはほとんどなく、本研究を進める動機となっています。