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我が国においては昭和62年度以来コンクリート構造物の設計は限界状態設計法に依っている。しかし、トンネルなどのように、地中に建設されるコンクリート構造物の設計は、いまだ許容応力度法に留まっている。地上に設けられるコンクリート構造物の設計が限界状態設計法であることから、現実に地中構造物を設計する実務者からは、地中構造物に対する限界状態設計法の早急な確立が強く望まれてきた。
本研究の目的は、構造物周辺地盤の安定性を周辺地盤に発生する形状弾性ひずみエネルギーによって判定するための指標を確立することにある。
はじめに、地盤に発生する形状弾性ひずみエネルギーが限界値に達したとき、地盤に発生するせん断帯の形成を調べ、その方向がダイレイタンシ一角と内部摩擦角によって定まること、平均応力の大きさによって、限界値が左右されること、などを明らかにしている。
ついで、箱形トンネル、シールド・トンネル周辺地盤の地震時安定性について準静的に検討し、粘着力比、側方土圧係数、平均応力、内部摩擦角等が地震時の地盤の安定性与える影響を調べ、地盤が不安定になる限界震度を定量的に求めている。
さらに、有限要素法による動的時刻歴解析によって、箱形トンネル周辺地盤の安定性について地震発生から周辺地盤が塑性化するまでのシュミレーションを行い、先に求めた準静的解析の結果が、耐震設計の優れた指標を与えることを明らかにしている。
最後に、上記の手法を兵庫県南部地震におけるDトンネルの崩壊に適用し、時刻歴解析によって、中柱崩壊にいたるまでに周辺地盤が塑性化していたことを確認した。
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