2016 Fiscal Year Research-status Report
ロックボルト補修による水路トンネル・地盤の相互作用評価と補修の方法論の確立
| Project/Area Number |
15K07648
|
|---|
| Research Institution | Okayama University |
|---|
Principal Investigator |
柴田 俊文 岡山大学, 環境生命科学研究科, 准教授 (30342546)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西村 伸一 岡山大学, 環境管理センター, 教授 (30198501)
珠玖 隆行 岡山大学, 環境生命科学研究科, 准教授 (70625053)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | ロックボルト / 農業用水路トンネル / 補強 / 極小断面 / 個別要素法 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
農業用水路トンネルの老朽化と長寿命化が重要な課題とされる中，極小断面でのロックボルトによる補強技術が新たに開発され，施工事例が報告されている．極小断面のトンネルは道路・鉄道トンネルとは寸法が異なるため，補強するロックボルトの最適な本数・間隔が異なる可能性がある．また，在来工法で施工されたトンネルに補強工法としてロックボルトを施工する場合，NATM工法で用いる場合とは地山／ロックボルトのそれぞれの挙動が相違する．特に，在来工法で施工されたトンネルには背面空洞がある場合が多く，この影響によりトンネル覆工の損傷が進行することが指摘されている．そのため本研究課題では，背面空洞の影響とロックボルト補強時の地山とトンネル覆工の相互の挙動を明確にすることを目的に，大型模型実験と数値解析を実施する．
最初に，大型載荷試験装置により，ロックボルト補強を行ったトンネル覆工と地山の挙動を把握する．大型試験装置では，モルタル製の地山の中央に，幌形のトンネル覆工を配置し，載荷板を介した油圧シリンダにより荷重を作用させる．その際，荷重作用時にロックボルトを挿入する．ここでトンネル覆工と地山の間に背面空洞を設け，空洞の大きさを変えて破壊性状との関連を把握する．ロックボルトの補強はひび割れ発生後に行うことから，背面空洞とトンネル覆工や地山の破壊の関係，そして損傷後のトンネル覆工・地山・ロックボルトの相関を明確にすることができる．
数値解析では，不連続な挙動を再現できる個別要素法を用いる．背面空洞と，ひび割れ発生後のトンネル覆工，地山の相関の解析を行い，上記の実験値と比較することでそれぞれの挙動を把握する．なお個別要素法では，アプリケーション「YADE」を用いて3次元解析を行い，ロックボルトを挿入して効果を検討する．それぞれのケースで内空変位，ひずみ，応力などを求め，ロックボルトの有用性を示す．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
大型載荷試験装置と模擬地山の作製が完了し，実験を行った．その際，実験装置や実験条件の修正を図った．修正後，ロックボルトの有無と本数の検討，背面空洞の影響などを調べた．実験の結果，ロックボルトの効果を確認することができない場合があったが，背面空洞の影響によるトンネル覆工の破壊など，地山・トンネル覆工の相互の挙動を把握することができた．
個別要素法は，汎用アプリケーション“YADE”を用いて解析を行った．実験条件を参考にモデル化を行い，解析で使用するパラメータは，一軸圧縮試験や割裂引張強度試験の結果から求めた．ロックボルトの本数・角度，打設時期，境界部の設定，空隙の大きさ，それぞれの部位の粒子の大きさ，について条件を変化させてシミュレーションを実施し，比較検討を行っている．解析の結果，載荷と地山の破壊性状や内空変位の挙動など，有限要素法では再現が困難である不連続な挙動について，模型実験の結果を再現することができた．ここで，ロックボルトの補強効果についても，内空変位の減少により確認することができたが，解析ケースによっては，その効果は若干小さいものとなった．並行して実施している有限要素法の解析では，ロックボルトの有無で地山の応力の減少や内空変位の抑制が確認され，少ないロックボルトの本数での補強効果を確認することができた．
以上，大型載荷試験の実施により，トンネルの相互作用について確認をすることができた．ただしロックボルトを考慮した実験では，幾つかの課題を残した．また，解析については，個別要素法・有限要素法ともに実験挙動や実際のトンネルの挙動を再現することができたが，前者では，一部ロックボルトの効果を確認する解析において課題を残した．以上のように，一部の実験・解析では課題があるものの，本研究課題はおおむね順調に進捗していると判断している．
|
| Strategy for Future Research Activity |
大型模型実験では，ロックボルトの効果を確認できない場合があったため，ロックボルトの長さや定着方法の再検討と改善を行い，再度実験を実施する．また，二方向からの荷重作用下でのトンネル覆工の損傷から，農業用水路トンネルの健全度を評価する既往の報告がある．この研究報告を考慮に入れ，地山の寸法を縮小して実験装置を整備し，二方向載荷実験を実施する．それぞれの方向の荷重を制御して，実験結果を整理する．
個別要素法のアプリケーションでは，構成式の見直しやロックボルトのモデル化の修正を行い，補強の解析の精度を向上させる．また，上記で示した二方向載荷試験のシミュレーションを行い，実験結果と比較する．ここでパラメータの決定は，前年度に実施した一軸圧縮試験の結果を参考に行うが，載荷試験の結果と適合しない場合は，改めてフィッティングを行う．
|
Research Products
(4 results)
