堆積軟岩(大谷石)地下空間の陥没メカニズムの研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04452223
• Research Institution: Utsunomiya University
• Principal Investigator: 横山 幸満 宇都宮大学, 工学部, 教授 (20174881)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石井 紘 東京大学, 地震研究所, 教授 (30004386) ; 鈴木 将之 宇都宮大学, 教育学部, 教授 (40004387) ; 上野 勝利 宇都宮大学, 工学部, 助手 (70232767)
• Keywords: 堆積軟岩 / 地下空洞 / 陥没 / 陥没メカニズム / 圧縮強度 / クリープ強度 / 地球潮汐応力 / 残柱

Research Abstract

1.大谷石の間隙は全体の40%で、間隙中の水と気体の挙動が強度に影響を及ぼす。岩というより超過圧密土としての性質が卓越する。
2.地下水面下にある大谷石を地上で自然状態に放置すると、急速に脱水が進行する。これを吸水させても飽和度は80%にしか戻らない。
3.完全飽和及び完全乾燥状態の大谷石の一軸圧縮強度は共に100kgf/cm^2程度で大きいが、上記の乾燥履歴を受けたものは強度が50%以下になる。
4.大谷石は多孔質材料であるコンクリートと同様にクリープ挙動をする。50年以上安定している残柱の応力状態を考えると、応力比70%がクリープ破壊のめやすとなる。
5.深い陥没は、残柱の逐次クリープ破壊に起因するもので、広い範囲の支持体を失った天盤が曲げ破壊することによって生じるものである。
6.浅い陥没は、残柱破壊を必ずしも伴わず、地下水位上で風化を受け易い天盤の曲げ破壊によるものである。
7.天盤のドーム状崩落やせん断破壊は曲げ破壊より起こりにくい。
8.陥没・落盤等の事故の時系列解析の結果、これらのイベントは地球潮汐応力の球テンソル成分が圧縮の時に起こり易いことが分かった。限界状態にある天盤に対して、地球潮汐応力がトリガー効果を与えたものと考えられる。
9.陥没前の地盤振動を解析した結果、約15日の卓越周期を得た。これも地球潮汐応力の影響を示している。
10.実際の空洞直上のボーリング孔に高感度ひずみ計を埋設して計測を続けているが、地球潮汐力によるひずみを明確に捉えている。付近の地震計の動きとの相関を追っている状況である。

Research Products

• [Publications] 大内英二・横山幸満: "大谷石の力学的特性" 土木学会第44回年次学術講演会講演概要集. III. 652-653 (1989)
• [Publications] 岡田宏樹・横山幸満: "大谷石のクリープ破壊に関する実験" 土質工学会第27回土質工学研究発表会講演集. 1237-1238 (1992)
• [Publications] 横山幸満・上野勝利: "大谷地区空洞の陥没に関する二三の考察" 土木学会第47回年次学術講演会講演概要集. III. 640-641 (1992)
• [Publications] 横山幸満・上野勝利: "乾湿履歴が堆積軟岩の一軸圧縮強度に及ぼす影響" 土質工学会第28回土質工学研究発表会講演集. 1405-1406 (1993)
• [Publications] 横山幸満・上野勝利: "大谷地区空洞の陥没前と陥没時の現象について" 土質工学会第29回土質工学研究発表会講演集. (予定). (1994)