破壊力学に基づいた超大深度立坑崩壊のメカニズムに関する研究

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本研究では個別要素法の持つ問題を改善し適切な岩盤モデルを作成し、そのモデルを使用して超大深度立坑の崩壊メカニズムを明らかにするための数値シミュレーションを行った。主要な成果は下記のとおりである。(1)クランプモデルによる硬岩の力学特性の再現粒状体解析手法では圧縮強度と引張強度を同時に再現するモデルを作成ることは困難であった。それは各粒子の形状に起因していると考えられている。したがって本研究ではいくつかの粒子を結合させて一つの要素と考え、このことによる複雑な形状を持つ要素であるクランプを作成した。クランプモデルを作成し各クランプの大きさを変えることで、岩石の強度を再現することが可能となった。(2)岩石の破壊靭性値の再現岩石の強度劣化は岩石の潜在亀裂の密度に依存する。そのため、岩石の亀裂の進展特性を持つモデルの作成が必要である。ここでは破壊靭性試験の一つであるSemi-Circular Bend試験の解析を行い、実験結果と比較した。その結果、破壊靭性値および亀裂の進展方向は実験結果とよく一致し、本手法が岩石の亀裂進展問題に適用可能であること示した。(3)トンネル周辺岩盤における亀裂の発生領域再現上記の(1)、(2)を経て作成した岩石モデルの現場へ適用した場合の妥当性の検証のため、カナダのマニトバ州で行われた現場計測と数値シミュレーションの結果との比較検討を行った。その結果、シミュレーションの結果は現場計測を再現しており、本手法の妥当性が確認された。(4)超大深度立坑における亀裂の発生領域の予測と断層の影響の検討地下1000mの花崗岩地山に立坑を掘削することを想定し、シミュレーションを行った。その結果亀裂の発生領域を予測した。また、断層が存在する場合には断層の影響によって亀裂の発生領域が変化することを明らかにし、さらにそれは断層の角度にも影響を受けることを示した。