岩盤不連続面の形状および接触特性を考慮したせん断強度式開発に関する実験的研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560437
• Research Institution: Takamatsu National College of Technology
• Principal Investigator: 土居 正信 高松工業高等専門学校, 建設環境工学科, 教授 (10110131)
• Keywords: 岩盤不連続面 / 形状評価 / アスペリティ / せん断強度 / 不完全接触 / ラフネス / 一面せん断試験 / 破壊形態

Research Abstract

本研究課題に関する研究を実施した成果および今後の課題などを申請時に提出した研究実施計画に基づいて,以下のようにまとめる.
1.垂直応力依存性非線形せん断強度の発現機構の実験的解明
岩盤不連続面のせん断強度はその面に作用する垂直応力に依存して非線形的に増加する.本研究においては規則的不連続面形状を有する石膏供試体を用いて,形状の違いによるせん断強度への影響について多くの実験を実施した.その結果,以下のような知見が得られた.
(1)垂直応力が小さい領域では不連続面に沿うすべり(ダイレイション)破壊モードが支配的であるが,垂直応力が大きくなると石膏そのものが破壊するモードが含まれるようになり,垂直応力が大きい領域では,不連続面の形状とは無関係に石膏自体の破壊モードのみとなる.
(2)不連続面に1次形状(巨視的な形状)に2次形状(微細な形状)を付加させて実験を行ったところ,低垂直応力の範囲では2次形状に関する破壊モードが生じ,中程度の垂直応力の領域では1次形状に関係する破壊モードが支配的になり,高垂直応力域では1次や2次といった形状にはまったく影響されない破壊モード(石膏自体の破壊モード)のみが観察された.
2.不連続面の形状評価法を導入したせん断強度モデルの確立
上記1.で実施した実験などによって把握した不連続面のせん断強度発現機構を不連続面形状評価方法(Rengersの方法)と関連付けたせん断強度モデルを開発し,種々の形状をした実岩盤不連続面に適用し,その適用性や妥当性を検討した.実岩盤不連続面のせん断強度モデルはBartonの式が有名であるが,この式中には主観的な数値である不連続面の粗さ係数(JRC)が含まれており,得られたせん断強度に対する信頼性が低いとされている.本研究におけるRengersの方法は主観の入る余地がなく,このRengersの方法れによって得られたせん断強度は客観性に富んでいるといえる.様々なJRCをもつ不連続面について,本モデルを適用した結果,Bartonの式によるせん断強度とほとんど一致することが明かとなった.
3.今後の課題
規則的な形状を有する石膏供試体に対する実験は概ね成功したと考えられるが,実岩盤不連続面のように複雑な形状を有する不連続面のせん断強度を実際に石膏供試体にて作成し,それに対する確認実験を行う.また,併せて本研究課題の目標でもある不完全接触状態の不連続面のせん断強度モデルを作成する.

Research Products

• [Publications] Ohtsuka, S., Doi, M.: "Considerations on Shear Strength and Roughness of Rock Joint"Proc.of The 12^<th> Asian Regional Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Singapore. (2003)
• [Publications] 尾澤知憲, 大塚悟, 土居正信, 廣崎大史: "岩盤亀裂のせん断機構とせん断強度モデルの検討"第33回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集(自由投稿論文). 229-234 (2004)
• [Publications] 尾澤知憲, 大塚悟, 土居正信, 廣崎大史: "岩盤不連続面の幾何形状に起因するせん断強度特性"第39回地盤工学研究発表会講演集. (発表予定). (2004)