砂を含んだ水流による岩石表面の侵食に関する一実験

概要

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削磨による岩石表面の低下速度と岩石強度との関係を調べるため砂礫還流型の閉水路を用いて実験を行った。水路の観測部分(水平)の中央に, 平らに切断された岩石試料の表面(5cm×10cm)を水路底と同じレベルになるようにセットし, その表面に砂を含んだ水流を作用させた。一定流速の水流(1.7m/s)に一定量の粗砂(粒径1.3mm)を混入させて, ほぼ安定したシートフロー(砂粒の速度: 1〜1.5m/s)を作り出し, この条件下で種々の強度をもつ8種類の岩石試料の侵食状況を調べた。岩石表面の低下速度と強度との関係を次式で表わすことができた。dz/dt=A(τ_*/aS_s-1)_nここに, dz/dtは低下速度, τ_*は砂を含んだ水流のせん断応力, S_sは岩石のせん断強度, Aは速度の次元をもつ係数, aとnは無次元係数である。この実験ではτ^*=16.5gf/cm^2, A=0.013mm/hr, a=3.3×10^<-4>, n=0.91であった。なお, せん断応力はτ^*=(1/2)ρ^*C_f^*U^<*2>で表わされている。ここに, ρ^*, C_f^*, U^*はそれぞれ砂を含んだ水流の密度, 摩擦係数, 速度である。砂を含んだ水流の摩擦係数は, 砂を含まない水流と比べて, 二桁大きいことがわかった。
2006-01-25