フラクタル次元を適用した亀裂性岩盤の個別要素解析

岩盤には節理を始めとして、いろいろな成因形態を有する不連続面が存在する。従って、岩盤の強度・変形特性は岩石ブロックの物性とそれを取り囲む割れ目特性とによって支配される。ここでは、割れ目を定量的に表示するためにフラクタル次元解析を導入するとともに割れ目で区切られた岩石ブロックの挙動の解析に個別要素法の適用を図っている。亀裂性岩盤の節理の大きさと分布をビデオならびにカメラなどで現地観測して、2次元ならびに3次元分割手法を新たに開発した。また岩石供試体の割れ目の粗さ形状はレーザー変位計による計測を実施し、パーソナルコンピューターの画像処理システムを構築して、データベース化した。これらの基礎データに基づいて、割れ目の粗さ形状をフラクタル次元やパワースペクトル解析により、複雑な粗さ形状の定量化に明るい見通しを得た。上記の割れ目を有する岩石の室内一面せん断試験や圧縮試験を実施して、強度、応力-ひずみ、ダイレイタンシー、接触圧、接触面積などの割れ目物性と粗さが大いに関係することを明示したが、フラクタルと割れ目物性の関係についてはさらなる検討が必要である。一方、従来の岩質特性にのみ注目した連続体的取扱いに代わって、不連続性を考慮した解析が注目され始め、解析における不連続性の定量的表現が重要になってきた。個別要素法は割れ目で区切られた岩石ブロックをそれぞれ要素として解析できるので、割れ目データを直接要素分割に活かし得る特徴をもっている。ここでは個別要素法の拡張、割れ目物性と解析に用いる力学定数の検討、動的問題への適用などを検討した結果、個別要素法のたしからしさは実証されたものの、実地盤への適用には問題が残った。加えて、各要素の自由な大変形を許しながら要素間の連続性を保持できる新たな解析手法として流動要素法を提案し、この解析法の亀裂性岩盤への適用を図る基礎を築いた。

岩盤には節理を始めとして、いろいろな成因形態を有する不連続面が存在する。従って、岩盤の強度・変形特性は岩石ブロックの物性とそれを取り囲む割れ目特性とによって支配される。ここでは、割れ目を定量的に表示するためにフラクタル次元解析を導入するとともに割れ目で区切られた岩石ブロックの挙動の解析に個別要素法の適用を図っている。亀裂性岩盤の節理の大きさと分布をビデオならびにカメラなどで現地観測して、2次元ならびに3次元分割手法を新たに開発した。また岩石供試体の割れ目の粗さ形状はレーザー変位計による計測を実施し、パーソナルコンピューターの画像処理システムを構築して、データベース化した。これらの基礎データに基づいて、割れ目の粗さ形状をフラクタル次元やパワースペクトル解析により、複雑な粗さ形状の定量化に明るい見通しを得た。上記の割れ目を有する岩石の室内一面せん断試験や圧縮試験を実施して、強度、応力-ひずみ、ダイレイタンシー、接触圧、接触面積などの割れ目物性と粗さが大いに関係することを明示したが、フラクタルと割れ目物性の関係についてはさらなる検討が必要である。一方、従来の岩質特性にのみ注目した連続体的取扱いに代わって、不連続性を考慮した解析が注目され始め、解析における不連続性の定量的表現が重要になってきた。個別要素法は割れ目で区切られた岩石ブロックをそれぞれ要素として解析できるので、割れ目データを直接要素分割に活かし得る特徴をもっている。ここでは個別要素法の拡張、割れ目物性と解析に用いる力学定数の検討、動的問題への適用などを検討した結果、個別要素法のたしからしさは実証されたものの、実地盤への適用には問題が残った。加えて、各要素の自由な大変形を許しながら要素間の連続性を保持できる新たな解析手法として流動要素法を提案し、この解析法の亀裂性岩盤への適用を図る基礎を築いた。