縮尺地層模型試験に基づく空洞の消滅に関する研究(そのII)

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石島 洋二*

Ishijima, Yoji*

本研究では、地下深部の軟弱な地盤中に設けた空洞が次第に縮小し、やがて消滅する過程を、主に大型の2次元物理模型試験(縮尺地層模型試験)によって追跡し、空洞消滅に伴う諸現象を明らかにすることを目的としている。三軸圧縮試験法とトランジェントパルス法とを組み合わせた室内試験の結果、砕屑性堆積岩の透水性に関し以下の諸点が明らかになった。(1)封圧(静水圧)の増加と共に、体積(圧縮)ひずみは増加し、透水係数は減少する。これらの現象には岩石中の内部亀裂の形状や分布形態が密接に関係している。(2)静水圧を繰返し作用させると、同じ圧力下の透水係数の値は繰返しが進むにつれ小さくなり、圧密効果がみとめられる。(3)間隙水圧を増すと透水係数は増大する。(4)封圧と間隙水圧の透水係数に及ぼす影響の程度に関しては、測定結果が大きくバラツキ、かつ一定の傾向が見出されていない。しかし、大きな誤差が伴うことを覚悟すれば、両者の影響の程度は同じとみなして差し支えない。(5)破壊に伴い透水係数は破壊前の値より数倍から1桁程度大きくなる。しかし、静水圧の増加と共に急激に減少し、形成された破面の影響は速やかに失われ、やがて、透水性に及ぼす破面の影響は実質的に消滅する。また、隣接し合う2つの空洞について掘削に伴って生じる力学的擾乱を調べるために、縮尺地層模型試験と弾塑性応力解析を実施した。得られた主な知見をまとめると以下のようになる。(1)空洞の掘削の進行につれ、空洞に向かう岩盤変位と応力の再配分が起こる。その結果、空洞の両側壁の応力は次第に高まるが、とりわけ、両空洞で挟まれるピラー部の応力の高まりが著しい。(2)これに対応して、空洞の側壁にせん断破壊域、両空洞の天井と下盤を結ぶ線上に引張破壊域が現れる。(3)応力や破壊域の広がりは初期地圧が等方圧状態から一軸状態に近づくにつれ大きくなる。(4)空洞掘削に伴い応力が上昇する領域内では、その中を伝播するP波の速度や振幅も増す。(5)直接的な経路を伝播する弾性波は空洞で切られると、透過P波が消滅するので伝播時間が著しく増大する。

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