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本研究では土被りの浅い都市NATMトンネルである神戸市高速道路2号線(神戸山手線)南側の長田トンネルの変形挙動再現を目的として、数値実験による室内モデル実験の検証、および実測データの分析を行った。解析手法としては、櫻井らの開発した異方性パラメーターmを使った地山のせん断剛性低下モデルに、粘着力cと内部摩擦角φを低下させるひずみ軟化型モデルを組み合わせた非線形有限要素解析(ひずみ軟化解析)を提案した。提案手法は、アルミ棒積層体を用いたモデル実験結果をベンチマークとして、標準的なモール・クーロンの破壊基準を用いた弾塑性解析などと比較することにより、その変形挙動再現能力を確認した。その後、長田トンネルにおいて計測された変位データを用いて、北行き、南行き2本のトンネルの施工過程も考慮した上で、周辺地盤の変形挙動を再現することを試みた。その結果、長田トンネル周辺に見られた変形挙動は標準的な弾塑性解析手法では表現が困難であること、と同時に提案する手法を用いれば現場での挙動をよりよく再現できることが確認された。さらに、同定されたパラメータを用いて、仮想的に長田トンネルを無支保で掘削する数値実験を行うことにより、その場合は南行きトンネルの上半掘削の途中でトンネル周辺地盤が崩落していたであろうということが推測された。このことは、現場で採用された支保構造が十分な機能を果たしていることを実証するものであり、これまで困難とされていた支保効果の定量的把握を実現するための貴重なデータであると考えられる。
また、これと平行してこれまでのアルミ棒積層体を用いた室内実験において圧力計測を可能とする装置を開発し、数種類の実験を実施した。その結果、トンネルの安定性に大きな影響を及ぼすとされている側圧の影響を実験的に検討できることが確認された。
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