トンネル切り羽における破壊のモデル実験と解析

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本研究ではトンネル切り羽の崩壊メカニズムを把握し,その数値計算におけるモデル化を行う.具体的にはトンネル切り羽の安定に必要な最小トンネル内圧を求め,トンネル切り羽の安定を推定する予定である.切り羽の安定は,切り羽表面自体の変形だけでなく,地表面の沈下にも影響する.2年目の今年は,遠心模型実験を引き続き行い,より信頼性のある結果を得るためにトンネル模型に多少の改良を加えた.また一方で,地震時の数値計算を行うために,新しいトンネル模型を作成した.遠心模型実験は,50G場で行った.トンネル模型は半円筒状のメンブレンシートを用い,土圧とトンネル内圧が一致するように,遠心加速度に合わせてトンネル内部に圧力をかける.その後,徐々に内圧を低下させ,切り羽崩壊時のトンネル内圧の測定,トンネルの破壊性状の観察を行った.トンネル模型に使用したメンブレンは,昨年の経験の元により薄く,フレキシブルな材料を選定した.遠心模型実験の結果,地盤の土圧を支持し,トンネル切り羽を安定に保っために必要なトンネル内圧は比較的小さいことが分かった.しかしながら,トンネル内圧がある閾値を下まわると,破壊は微小な変形で一気に崩壊に至る.一旦破壊が生じると,トンネルクラウン部からトンネル径の約4倍の高さまで崩壊が広がっていき,予想以上の崩壊が生じる.有限要素法を用いた数値計算結果を比較し,計算値と実験値が整合するようパラメータを同定した.今回の研究期間は残り2ケ月残っており,その間に遠心振動台実験を予定している.地震時の切り羽の支持内圧は,平時に比べて小さいと予想される.動的と静的での切り羽支持に必要なトンネル内圧の差および変形モードの違いを計測し,地震時の安全率の算定法を提案したいと考えている.