大深度立坑の時間依存性挙動及び破壊挙動の有限要素解析

FEM Analysis of time-dependent behavior and failure process of deep shaft

羽柴 公博; 佐藤 稔紀  

Hashiba, Kimihiro; Sato, Toshinori

本研究では、岩石の非線形粘弾性や破壊を表現できる構成方程式を用いて数値シミュレーションを行い、大深度立坑の時間依存性挙動や破壊挙動について検討した。その結果、時間依存性の程度が大きく破壊が延性的な岩盤では、半径方向変位がかなり大きくなっても、急激な破壊は生じにくいことがわかった。時間依存性の程度がより小さく、破壊がより脆性的な岩盤の場合は、坑壁近傍の岩盤が耐荷能力を失って急激な破壊が生じる可能性があることを指摘した。さらに、破壊モードを立坑最深部付近での破壊と立坑一般部での破壊に分け、破壊モードに及ぼす岩盤物性値や応力条件の影響を明らかにした。また、一般的な応力条件下では、破壊直前まで鉛直方向変位は半径方向変位に比べてかなり小さいことがわかった。しかし、鉛直方向応力が破壊挙動に及ぼす影響は比較的大きく、特に破壊が延性的な岩盤では、鉛直方向応力を考慮するかしないかで破壊までの時間が大きく変化することを示した。

Time-dependent behavior and failure process of deep vertical shaft was simulated with the aid of non-linear theological constitutive equation of rock. This simulation focused on the effect of gravity and the deformation behavior parallel to the direction of excavation, which has hardly been examined with horizontal roadway or tunnel. Simulation with the model of 1000 m deep vertical shaft was carried out, and the effect of rock properties and rock stress conditions was examined. It was found that time-dependency, ductility, Poisson's ratio of rock mass and the ratio between horizontal and vertical rock stresses had an effect on failure process around the bottom of vertical shaft.