| 研究課題/領域番号 |
12450175
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
土木材料・力学一般
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
堀井 秀之 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10181520)
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| 研究分担者 |
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, 助教授 (40301121)
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| 研究期間 (年度) |
2000 – 2002
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| キーワード | 局所破壊 / 軟岩 / せん断破壊 / トンネル掘削 / 設計法 / クリープ破壊 / 高レベル放射性廃棄物 / 限界深度 |
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| 研究概要 |
1.人工軟岩を用いたトンネル模型実験
高レベル放射性廃棄物処分地か施設を想定し、人工軟岩を用いたトンネル模型実験を実施した。実験は平面ひずみ状態を保持するため、面外方向に剛な拘束板を用いた平面ひずみ圧縮試験装置内で鉛直・水平の二方向の圧縮応力を制御する形で行った。試験体の表面変位場の計測は、拘束板と共に設置された強化ガラス越しに行った。本研究では表面変位場の計測精度を向上させるため、実体顕微鏡と高精度X-Yステージを組み合わせた高精度表面変位場計測装置を新たに開発し、トンネル近傍において発生する進行性破壊を詳細に観察した。実験の結果、トンネル近傍の掘削影響領域において楔形の破壊領域が形成されていく様子が克明に観察され、この楔形破壊領域の形成がトンネルの終局破壊状態を決定するメカニズムであることが確認された。
2.楔形破壊領域の形成を考慮した終局限界状態の設計法
トンネル模型実験の結果より、トンネル近傍における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トンネルの設計法を提案した。実験から得られた変位計測結果から、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を再現する解析手法を開発した。得られた手法による解析結果に基づき、与えられた材料物性、側圧係数および覆工導入時の応力開放率に対し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可能であることを示した。このとき、トンネルの限界深度は、覆工導入時の応力解法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出来ることが示された。
3.人工軟岩クリープ試験
人工軟岩に対するクリープ試験を行い、本研究で開発した高精度表面変位場計測装置を用いた計測結果からクリープ破壊のメカニズムを明らかにした。作用応力レベルが高く、静的試験における強度に近い場合は、ひずみ場は裁荷の初期の段階から一様ではなく、ひずみの局所化が始まっており、時間の経過に従い局所化した領域の変形が進行する。一方、作用応力レベルが低い場合には、ひずみ場は一様であり、時間経過に伴ってひずみはほぼ一様に増加することが明らかになった。地下施設の長期安定性を検討する場合、ひずみの局所化を伴うクリープ破壊の可能性を検討することが課題となるが、そのためにはクリープ破壊のメカニズムとモードを考慮しうるモデルの開発が不可欠となるが、本研究の成果は重要な情報を与えるものと考えられる。
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