2019 Fiscal Year Research-status Report
Deformation mechanism of the tunnel lining due to the deterioration of surrounding ground and the reflection on the tunnel design
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19K04594
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
崔 瑛 横浜国立大学, 大学院都市イノベーション研究院, 准教授 (60583797)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 長期安定性 / トンネル / 地震 / 劣化 / 内部侵食 / 膨潤性地盤 / 浸透 / 変状 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度は，膨潤性地盤がトンネルの長期安定性に及ぼす影響，トンネル～土境界における内部侵食の発生状況，地山の劣化がトンネルの力学挙動に及ぼす影響の3つの課題について取り組んできた．
① 膨潤性地盤がトンネルの長期安定性に及ぼす影響については，膨潤性を示す実トンネル周辺地盤に対し，吸水および除荷による地盤材料の力学挙動について検討した．その結果，トンネル掘削による応力開放，および周辺環境からの水の供給いずれもトンネル周辺地盤を膨潤させる可能性があることが分かった．
② トンネル～土境界における内部侵食の発生について，地盤のみ，トンネル～土境界における透水状況をそれぞれ計測できる装置を製作し，境界地盤における流速や内部侵食の発生状況等について検討した．その結果，トンネル～土境界では流速が早く，内部侵食が発生しやすい環境にあることが分かった．実トンネルにおいても，トンネル周辺に浸透流が継続的に存在する場合，内部侵食の発生により土砂が流失し，土の強度が低下することで覆工に建設時と異なる塑性圧が作用する可能性があると言える．
③ 地山の劣化がトンネルの地震時挙動に及ぼす影響については，内部侵食や膨潤性地盤に起因する地山強度の低下に着目し，周辺地盤の局所的強度低下がトンネルの地震時挙動に及ぼす影響を調べるため二次元振動台実験を実施した．地盤材料はアルミ積層体で再現し，劣化領域はアルミ積層体の間隙率を相対的に増やすことで異なる劣化度合いをモデル化した．実験結果により，局所的な地盤強度の低下により，地盤のせん断モード，およびトンネル覆工に発生する曲げ―モーメント等に大きい変化が見られた．総じて，曲げモーメントは劣化地山もしくはその逆方向で最大値が発生する結果が見られた．すなわち，トンネル覆工に発生する曲げモーメントの発生状況によっては，地山の劣化箇所や度合いも推察できる可能性も見出している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2019年度は，膨潤性地盤がトンネルの長期安定性に及ぼす影響，トンネル～土境界における内部侵食の発生状況，地山の劣化がトンネルの力学挙動に及ぼす影響の3つの課題について，それぞれ取り組み，当初の予定より進んだ部分と当初の予定からスケジュールが変更された部分があるが，総じて順調に進んでいる．以下に具体的な理由を示す．
① 膨潤性地盤がトンネルの長期安定性に及ぼす影響については，すでに膨潤性を示す実トンネル周辺地盤に対し，圧密試験装置を用いた膨潤試験を実施している．しかし，地盤材料は非常に大きい膨潤性を示し，透水性が極めて低いため試験時間が予定の4倍ほどかかることが分かった．そこで，試験装置の追加設置や，試験手法の改善等を施し，引き続き基礎的なデータの取得や分析に取り組んでいる．
② トンネル～土境界における内部侵食の発生について，地盤のみ，トンネル～土境界における透水状況をそれぞれ計測できる装置を製作し，境界地盤における流速や内部侵食の発生状況等について検討した．試験手法および分析手法について多大な分析や改良を加えてきており，上述のような結論を得てきている．次年度においてはより有意義な結果が期待できる．
③ 地山の劣化がトンネルの地震時挙動に関する二次元アルミ振動台実験は，長期安定性を議論するためには，常時の力学挙動に加え，地震時の挙動も検討する必要があるためである．同実験では，実験手法および分析方法等について既に確立しており，成果で説明したような大量の知見を蓄積してきている．
以上の理由により，本研究は概ね予定どおり，もしくは予定以上に順調に進んでいると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，今まで実施した3つの課題を引き続き実施するとともに，周辺地盤の劣化に伴うトンネルの力学挙動の変化に検討する予定である．以下に項目別にその詳細を示す．
【① 周辺地盤の劣化がトンネルの力学挙動に及ぼす影響】ここでは，浸透模型実験および有限要素解析を実施し，トンネル建設後水の浸透等に伴う周辺地山の膨潤，および内部侵食がトンネルの作用する荷重等に及ぼす影響について検討する．膨潤性地盤による影響については，膨潤性地盤の膨潤特性，寸法，位置等による影響とそのメカニズムについて明確にする予定である．なお，ここでは引き続き，膨潤性地盤の膨潤特性および膨潤に伴う力学特性等に等に及ぼす影響について検討する予定である．
【② トンネル～土境界における内部侵食の発生状況】ここでは，引き続き浸透試験によりトンネル～土境界における内部侵食の発生状況や，その主な影響要因について検討し，さらに内部侵食を低減させるための手法について検討を行う予定である．なお，内部侵食が発生による地盤材料の透水性，不飽和浸透特性，せん断特性等について検討を行い，これらを忠実に反映させた有限要素解析を実施し，内部侵食によるトンネル安定性の変化とそのメカニズムの鶏鳴に挑む予定である．
【③ 地山の劣化がトンネルの地震時挙動に関する影響】ここでは，周辺地山および劣化領域の相対的な強度特性，劣化領域の位置と規模等に着目し，引き続き実験的検討を行う予定である．なお，模型実験および実現場データに対する有限要素解析を実施し，劣化による影響を系統的に示すとともに，そのメカニズムについて明確に示す予定である．
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Research Products
(4 results)
