無数の亀裂の開閉や滑りを考慮した岩盤の力学挙動解析法

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550460
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 京谷 孝史 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00186347)
• Keywords: 不連続性岩盤 / 均質化理論 / 数値破壊力学

Research Abstract

1.均質化理論と破壊力学的手法に基づく巨視的強度特性評価法の検討
無数の不連続面を含む岩盤の変形強度特性について,工学的に十分に信頼し得る精度においてその物性値を予測評価するために,均質化理論の枠組みのもとで,岩盤の微視構造としての亀裂の摩擦接触解析と巨視的な岩盤の挙動を連成させて、解析理論の定式化ならびにその解析コードを開発整備した。さらに,新たな手段として,数値破壊力学の知見に基づき、外挿法によって亀裂先端部の応力拡大係数を求める方法を取り入れ、微視構造における破壊の開始を予測する方法を新たに開発した.これは,既存亀裂の進展が岩盤の破壊の開始を与える条件であるとの仮説に基づいている.そうした仮説に基づいて,どの程度の精度で岩盤構造物の破壊強度が予測できるか,また不十分であるとすれば,付加的に考慮すべき要因は何かを明らかにすることを目的として,既存の調査結果に基づいた原位置岩盤試験のシミュレーション解析を行った.
2.亀裂を配置した石膏供試体試験の実施と解析手法の検証
多数の不連続面を配置した石膏供試体の一面せん断試験に対して,開発コードによるシミュレーション解析を実施して,実験において得られている供試体の巨視的な破壊強度の予測評価を行った.その結果,亀裂の分布による供試体の巨視的な破壊強度異方性については定性的に良く予測し得るものの,巨視的強度の絶対値については実験値よりも大きめの強度を与えることが明らかとなった.この結果と上記1.の検討結果から,亀裂先端での応力拡大係数だけを考慮して均質化法によって評価した巨視的破壊基準による強度予測評価は不十分であることが明確となった.そして,付加的に考慮すべき要因として,亀裂先端における破壊開始のみならず,基質部の破壊も同時に考慮した複合的な破壊基準設定の必要性が示唆された.この結論は今後の研究の方向の指針となる.