| 研究課題/領域番号 |
24760385
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| 研究種目 |
若手研究(B)
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| 研究機関 | 独立行政法人土木研究所 |
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研究代表者 |
日下 敦 独立行政法人土木研究所, その他部局等, 研究員 (60414984)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | トンネル / 耐荷力 / 補強 |
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| 研究概要 |
トンネルに過大な外力が作用し，当初施工した支保工や覆工（本研究では「当初支保」と呼ぶ）のみでは地山の安定性が確保できないと判断された場合は，吹付けコンクリートや鋼アーチ支保工あるいは内巻きコンクリート等による補強工が施工されることがある。しかし，補強工の規模を検討する際は，既に損傷を受け，大きなひずみが発生している当初支保が補強後に分担し得る荷重が不明確であることから，経験的な知見に依るところが多いのが現状である。本研究は，当初支保に大きなひずみが発生した後に補強工を施工した場合の全体の力学挙動について検討を行うものである。
初年度は，トンネルが圧縮力の卓越する場合が多い構造物であることを踏まえ，基礎的検討として，一軸圧縮試験装置を用いた要素実験を実施した。
まず，膨張性地山におけるトンネル等で，当初支保の耐力を超過して外力が作用し続ける場合に補強工を施工することを想定した実験を行った。実験は，当初支保と補強工を並列に設置し，まず当初支保にのみ荷重を作用させた。その後，載荷板に所定の変位，すなわち当初支保に所定のひずみが発生した段階で，補強工にも荷重が作用するようにし，全体に作用する荷重のうち何割かを補強工にも分担させた実験を行った。次に，地震等により過大な外力が当初支保に作用し，当初支保に変状が発生したものの，その後は過大な外力が消失し，除荷された状態で補強工を施工することを想定した実験を行った。実験は，まず当初支保のみに荷重を作用させ，当初支保に所定のひずみが発生した段階で一旦除荷した後に，並列して補強工を設置した。その後，当初支保，補強工ともに荷重が作用するように再度載荷を行った。
これらの実験結果から，既にひずみが発生している覆工も補強後にある程度の荷重を分担することにより，全体の耐力は覆工単体や補強工単体の耐力を上回る可能性があることを確認した。
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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
本研究では，トンネルは圧縮力が卓越する場合が多い構造物であることを踏まえ，取りかかりとしてまず，一軸圧縮試験装置を用いた要素実験を実施することを予定していた。
本年度は予定通り一軸圧縮場における要素実験を行うとともに得られたデータを分析し，成果を学会発表用の論文としてとりまとめたことから，概ね順調に進展しているものと考えている。なお，作成した論文はアメリカ合衆国で開催される学会に投稿し，搭載が確定している。
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度に得られた要素実験レベルの結果を踏まえ，当初支保に大きなひずみが発生した後に補強工を施工した場合の全体の力学挙動について，実トンネルに近い形状の模型実験を行う。
ここでは，平面ひずみ状態を模擬できる二次元載荷装置を用いて，実トンネルの形状を模擬した約1/20スケールの模型実験を実施する。二次元載荷装置は直方体の土槽を有しており，土槽の外面をジャッキで押すことにより載荷ができる構造となっている。実験供試体は，地山を模擬した乾燥砂等の中にトンネルを埋設することで作製する。
トンネルは，外側から，当初支保，スペーサー，補強工の順に3層構造とする。スペーサーは十分に柔な材料とし，載荷当初は補強工には荷重が作用せず，当初支保のみで荷重を分担させる。その後，当初支保に所定の変位（スペーサーの厚さ相当）が発生すると，補強工にも荷重が作用することとなり，その後はトンネル全体に作用する荷重のうち何割かを補強工で分担することとなる。なお，スペーサーの厚さや補強工の仕様は前年度の要素実験の結果を参考に決定する。
本実験においては，スペーサーの厚さや補強工の仕様をパラメータとすることで，補強工の施工前に当初支保に発生しているひずみレベルや，補強工の剛性が，実トンネル形状におけるトンネル全体の耐力や荷重分担率に及ぼす影響について検討を行う。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
前年度に得られた要素実験レベルの結果を踏まえ，当初支保に大きなひずみが発生した後に補強工を施工した場合の全体の力学挙動について，実トンネルに近い形状の模型実験を行う予定にしており，当該実験に必要な模型の製作や，計測機器の購入，人件費等へ研究費を主として充当することを予定している。
また，成果の公表にかかる学会登録費や旅費に研究費を使用する予定である。
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