山岳トンネルの切羽崩壊メカニズムに関する一考察:―粒状体の降下床と重力流動の3 次元個別要素法解析―
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概要
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トンネルを掘削すると，地盤内に空洞を発生させるため，トンネル周辺の地盤の応力は変化する．このようなトンネル掘削時の地盤内の応力再配分は，降下床実験と呼ばれる実験等により多く検討されてきた．一方，トンネルが崩壊すると，降下床が瞬時に消失し，地盤が重力により流動するような挙動を呈する．本研究では，3次元個別要素法により降下床及び重力流動を解析した．まず，既往の研究から砂の降下床実験時の降下床及びその周辺の鉛直応力の値を抽出し，解析結果と比較したところ，解析結果と実験結果がほぼ一致した．次に，降下床を瞬時に消失させる重力流動を解析した結果，消失させた降下床周辺の鉛直応力は動的な挙動を示し，急激な上昇，下降を繰り返した．これは，消失させた降下床の周辺地盤が，グラウンドアーチにより上部の地盤を支えようとする機構が生成，消失を繰り返しているためであると推察される．つまり，グラウンドアーチが生成された際には，その脚部の応力は上昇し，消失するとその応力は低下する．グラウンドアーチが生成された際の脚部の応力は静的なそれよりも数倍も大きくなる．本研究結果から一旦トンネル切羽において小崩壊が発生すると，その周辺はより大きな応力を受け，より崩壊の規模が拡大する可能性を示唆している．
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独立行政法人 労働安全衛生総合研究所 | 論文
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