不連続性材料における進行性破壊に対する解析手法の確立

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450175
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 堀井 秀之 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10181520)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 純哉 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (70312973) ; 松本 高志 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (40301121)
• Keywords: 進行性破壊 / 軟岩 / せん断破壊 / トンネル掘削 / 設計法 / マッチング法 / 高レベル放射性廃棄物 / 限界深度

Research Abstract

人工軟岩に対する模型実験を実施し、高精度表面変位場計測手法の開発を行い、不連続性材料における進行性破壊の様子を観察した。本研究代表者によって開発されたマッチング法と呼ばれる表面変位計測システムを改良し、精度を向上させた。
高レベル放射性廃棄物処分地下施設を想定し、人工軟岩を用いたトンネルの模型実験を実施した。平面ひずみ条件で鉛直、水平の2方向に圧縮力を加え、変位拘束用の硬質ガラス越しに、試験体の表面変位場を計測し、せん断破壊面の発生、進行性破壊の様子を観察した。地下施設の設計で考慮するべき終局限界状態を特定した。トンネル壁面近傍に楔形の破壊領域が形成されることが確認され、この楔形破壊領域の形成を終局限界状態とする、部分破壊を考慮した設計法が提案された。
実験結果と、計測結果から提案された設計法に基づき、インターフェース要素を用いた進行性破壊と楔形破壊領域の形成に対する解析手法が提案された。解析結果に基づき、与えられた材料物性と、側圧係数、覆工導入時の応力開放率に対して、トンネルの限界深度を計算し、地山の部分破壊を許す新しい設計により、限界深度を大きくすることができることが示された。
トンネルの限界深度は覆工導入時の応力開放率に大きく依存することが示された。このことは、トンネルの限界深度がトンネル掘削の施工法に依存することを示しており、本研究の結果から、施工法の満たすべき条件を導くことができることが示された。

Research Products

• [Publications] M.Sawada, H.Horii, H.Yoshida: "Analysis of Hydraulic Fracturing and Circulation Test In Hot Dry Rock Project"Journal of Geotechnical Engineering. No.680/III-55. 109-121 (2001)
• [Publications] P.Jongpradist, H.Horii: "Analysis of Creep and Progressive Failure for Tunnel in Soft Rock"Proceeding of the 10th International Conference on Computer Methods and Advances in Geomechanics. Arizona, USA. (2001)
• [Publications] H.Horii, S.-C.Chen: "Computational fracture analysis of concrete gravity dams toward Engineerin gevaluation of seismic safety"Fracture Mechanics of Concrete structures. 737-747 (2001)
• [Publications] H.Yoshida, H.Horii, T.Kaneko: "Analysis of disposal tunnel for high-level radioactive waste by micromechanics-based continuum model"Rock Mechanics in the National Interest, Swets & Zeitlinger Lisse. 551-558 (2001)
• [Publications] H.M.Kim, M.Kuwabara, J.Inoue, H.Horii: "Evaluation of the change in permeability of jointed rock mass due to Excavation using micromechanics-based continuum (MBC) model"Rock Mechanics in the National Interest, Swets & Zeitlinger Lisse. 721-728 (2001)
• [Publications] Keisuke Hibiya, Takayuki Mori, Seiji Morikawa, Kazuto Tabei, Naoto Goto, Hideyuki Horii, Hidenori Yoshida: "Parameter analysis of MBC model for underground caver"EUROCK. (2001)