| 研究課題/領域番号 |
15K07648
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| 研究機関 | 岡山大学 |
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研究代表者 |
柴田 俊文 岡山大学, その他の研究科, 講師 (30342546)
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| 研究分担者 |
西村 伸一 岡山大学, その他の研究科, 教授 (30198501)
珠玖 隆行 岡山大学, その他の研究科, 助教 (70625053)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | ロックボルト / 農業用水路トンネル / 補修 / 極小断面 / 個別要素法 / 矢板工法 |
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| 研究実績の概要 |
農業用水路トンネルの老朽化の問題が指摘されている中，これらトンネルで散見される極小断面でのロックボルトによる補強技術が新たに開発され，施工事例も報告されてきている．極小断面のトンネルは道路や鉄道のトンネルとは寸法が異なるため，ロックボルトの最適な本数・間隔が異なる可能性が高い．また，矢板工法で施工されたトンネルに補強工法としてロックボルトを施工する場合，NATM工法で用いる場合とは地山／ロックボルトのそれぞれの挙動が相違することが考えられる．そのため本研究課題では，ロックボルト補強時の地山とトンネル覆工の相互の挙動を明確にすることを目的に，大型模型実験とその数値解析を実施する．
最初に地山・トンネル覆工・一本のロックボルトを模擬した供試体を作製し，一軸圧縮試験を実施する．地山と覆工の間に不連続面（空隙）を設け，グラウトの注入を行う．空隙の角度やロックボルトの条件を変化させて載荷実験を遂行し，変位，荷重，ひずみを測定することで，地山とロックボルトの挙動の把握，裏込注入工法との併用効果の検討を行う．さらに，一軸圧縮試験の結果と個別要素法によるシミュレーションの結果とを比較してパラメータのフィッティングを実施する．
次に，大型載荷試験装置により，ロックボルト補強を行ったトンネル覆工と地山の挙動を把握する．大型試験装置では，96cm×96cm×40cmのモルタル製の地山の中央にトンネル覆工を配置し，荷重作用時にロックボルトを放射状に挿入して，載荷板を介した油圧シリンダにより荷重を作用させる．これにより，トンネル覆工全体と周囲の地山との関係を明瞭にすることができる．大型載荷実験では，荷重，載荷板の変位，トンネル覆工内空変位，ひずみを計測し，ロックボルト補強の条件を変化させて，地山と覆工の相互作用を検討する．また個別要素法・有限要素法との比較により，補強の効果を定量的に把握する．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
1) 一軸圧縮試験の実施と個別要素法の解析
一軸圧縮試験は想定しているケースについては，ほぼ実験が終了しており，個別要素法によるシミュレーションとの比較を行っている．個別要素法のプログラムは，問題点の改善・バグ修正が終了し，現在，パラメータフィッティングの作業に移行したところである．この結果で得た個別要素法のパラメータおよび実験・解析結果に基づき，大型載荷実験の実施とその解析への拡張を行う．
2) 大型載荷試験装置による実験と個別要素法の解析
大型載荷試験装置のフレームの作製が完了し，モルタルで模擬する地山とトンネル覆工（それぞれ供試体と称する）の作製を実施している．試験装置と供試体の試作を重ね，それぞれの型枠の問題点の改良を行い，想定している条件での実験を行うべく試験装置全体の改良を行っている．個別要素法は，汎用アプリケーション“YADE”を用いて解析を行っている．1)の結果を参考にし，大型載荷試験のモデル化を行い，シミュレーションを実施している．今後の大型載荷試験の結果との比較を想定し，様々な条件での解析を行っている．さらにこの実験は，有限要素法（FEM）との解析結果との比較も実施するため，FEMのモデル化も完了している．
以上，大型載荷試験装置の作製で，想定外の改善点が多数見受けられたため，実験の実施がやや遅れている．しかし，他の実験・解析は進捗状況が良好であるため，本研究課題はおおむね順調に進展していると判断している．
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| 今後の研究の推進方策 |
1) 一軸圧縮試験の実施と個別要素法の解析
前年度に引き続き, 個別要素法の解析を進める．フィッティングしたパラメータを用い，条件を変化させて実験値との比較を行う．この実験および解析結果より，ロックボルト一本使用時の，地山とトンネル覆工の相互挙動を把握し，大型載荷試験装置による実験結果の考察と現象把握へと拡張させる．
2) 大型載荷試験装置による実験と個別要素法の解析
供試体作製時の型枠の問題や，載荷条件の問題などを改善し，大型載荷試験装置を完成させ，実験を行う．載荷条件とロックボルト施工の条件を変化させ，モルタル強度の影響を検討して，載荷試験を実施する．重量の大きいものを扱うことから，室内実験では想定できない問題点が生じる可能性がある．そのため，民間の建設業の方と適宜連絡を取り，改善点を見いだしていく予定である．個別要素法のアプリケーションYADEを用いて解析を行い，実験値と比較する．ここでパラメータの決定は，前年度に実施した一軸圧縮試験の結果を参考に行うが，大型載荷試験の結果と適合しない場合は，改めてフィッティングを行い，問題の改善を図る．有限要素法の解析では，試験の条件を変更したものを含め，実験値との比較を進める．有限要素法では，逆解析への拡張を検討する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
地山，トンネル覆工，ロックボルトと不連続面を模擬した一軸圧縮試験および個別要素法・有限要素法によるシミュレーションは，当初の計画通りに実施することができた．しかしながら，大型載荷試験では，試験装置の作製時に装置と作製した供試体の型枠に問題点が多数生じたため，適宜改良を行う必要性が生じた．問題改善のために改良と試作を繰り返したため，予定していた載荷試験を全て実施することができず，結果として実験に用いる供試体作製に使用するはずであったセメントの購入（ミキサー車による運搬）を見合わせることとなった．そのため，未使用の予算が発生し，次年度に持ち越すことになった．
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| 次年度使用額の使用計画 |
大型載荷試験装置の改良を重ね，実験条件を満たすものを完成させる．前年度に実施する予定であった条件の実験を，当該年度に実施予定だった実験に加えて行う．ここで，実験に用いる供試体を作製する際，前年度に消化する予定だった予算によりセメントを購入する．また，前述の試験装置の改良にもこの予算を充てることを予定している．載荷試験は，ロックボルトの配置（長さ，間隔，本数）を変化させて行い，載荷時の荷重を変化させてその影響を検討する．また，その際に，供試体の強度を変化させて載荷試験を実施する．
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