不連続面の力学的不安定現象に関する理論的研究

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日本各地で起こり得る地震、斜面崩壊、トンネル崩落などの現象は周囲に甚大な人的、物的被害をもたらすため、その発生機構の解明および影響の定量的評価が急務となっている。このような災害の多くは、断層や節理など地質学的不連続面のすべり(力学的不安定現象)により引き起こされるが、不連続面の力学的性質そのものについては未だ不明な点が多い。特にすべりが比較的安定な準静的成長段階から動的状態へと遷移する過程に関する研究は、世界的にみても未だ初期段階、着手段階であり、解明すべき問題が多い。本研究では、まず、準静的に増加する不均一応力下にあり、非線形すべり軟化則に従う二次元不連続面の安定性についてエネルギ解法に基づき解析的に考察、上記遷移過程のリンクの一端を明らかにした。次に三次元的に広がる不連続面のすべり安定性を評価し、不安定現象を起こす最小すべり領域の縦横比と媒質のポアソン比との関係などを明らかにした。すべりや亀裂の問題に関する理論解析の多くは、特異積分で表された力学的平衡条件式をそのままの形で解こうとするため、特にすべり領域端において自ずと解析が煩雑となる。しかしながら、今回行ったように系全体のエネルギのバランスを考え、その安定条件(変分)を評価すれば、特異積分を直接評価する手間を省略することができ、非線形すべり軟化則に従う三次元不連続面の安定性という複雑な問題も非常に容易に解析可能となる。得られた結果(すべり領域の臨界条件)も至極簡単な数式で表されており、各種計測現場などでもすぐに適用可能である。