不連続面の力学的不安定現象に関する理論的研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15760361
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 上西 幸司 神戸大学, 都市安全研究センター, 助手 (60311776)
• キーワード: 不連続面のすべり / 地震のモデル / 斜面崩壊 / トンネル崩落 / 界面不安定現象 / 変分法 / 非線形すべり軟化則 / 三次元不連続面の安定性

研究概要

日本各地で起こり得る地震、斜面崩壊、トンネル崩落などの現象は周囲に甚大な人的、物的被害をもたらすため、その発生機構の解明および影響の定量的評価が急務となっている。このような災害の多くは、断層や節理など地質学的不連続面のすべり(力学的不安定現象)により引き起こされるが、不連続面の力学的性質そのものについては未だ不明な点が多い。特にすべりが比較的安定な準静的成長段階から動的状態へと遷移する(以下「準静→動」遷移と記す)過程に関する研究は、世界的にみても未だ初期段階、着手段階であり、解明すべき問題が多い。本研究では、まず、準静的に増加する不均一応力下にあり、非線形すべり軟化則に従う二次元不連続面の安定性についてエネルギ解法に基づき解析的に考察、「準静→動」のリンクの一端を明らかにした。次に三次元的に広がり、異種材料間に位置する不連続面のすべり安定性を評価し、不安定現象を起こす外部応力の最小作用領域の縦横比などを求めた。すべりや亀裂の問題に関する理論解析の多くは、特異積分で表された力学的平衡条件式をそのままの形で解こうとするため、特にすべり領域端において自ずと解析が煩雑となる。しかしながら、今回行ったように系全体のエネルギのバランスを考え、その安定条件(変分)を評価すれば、特異積分を直接評価する手間を省略することができ、非線形すべり軟化則に従う三次元不連続面の安定性という複雑な問題も非常に容易に解析可能となる。得られた結果(すべり領域の臨界条件)も至極簡単な数式で表されており、各種計測現場などでもすぐに適用可能である。

研究成果

• [文献書誌] Koji Uenishi: "Optical Methods in Fault Dynamics"Optics and Lasers in Engineering. 40(4). 325-339 (2003)
• [文献書誌] Koji Uenishi: "Dynamic Behavior of an Underground Structure with Small Overburden Subjected to Vertical Oscillations"Soil and Rock America 2003. 2259-2264 (2003)
• [文献書誌] Koji Uenishi: "The Importance of Incorporating Dynamic Effects of Vertical Oscillations in Designing Underground Structures"Technology Road Map for Rock Mechanics. 1257-1260 (2003)
• [文献書誌] Koji Uenishi: "Experimental Evidence for a Pulse of Separation and Its Effects"Proceedings of the XXIII General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics. A489 (2003)
• [文献書誌] J.R.Rice: "Slip Development and Instability on a Nonuniformly Loaded Fault with Power-Law Slip-Weakening"Proceedings of the 2003 Seismological Society of Japan Fall Meeting. B010 (2003)
• [文献書誌] Koji Uenishi: "Rupture Instability on a Displacement-Softening Interface under Heterogeneous Loading"Proceedings of the European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering. (7月発行予定). (2004)