掘削損傷領域を考慮した研究坑道周辺岩盤挙動の3次元予測解析

3D analysis for predicting the rock mass behavior of a research shaft and gallery considering excavation damaged zone

瀬野 康弘; 森 孝之*; 郷家 光男*; 中間 茂雄 ; 佐藤 稔紀*  

Seno, Yasuhiro; Mori, Takayuki*; Goke, Mitsuo*; Nakama, Shigeo; Sato, Toshinori*

3次元的な配置となる研究坑道のうち、特に坑道連接部(分岐部)の力学的安定性を事前評価し、「超深地層研究所計画」における第2段階以降の調査研究計画の基礎資料を得ることを目的として、不連続性岩盤を対象として発破掘削時に形成される掘削損傷領域を考慮した3次元解析により、掘削損傷領域の影響などについて検討した。解析手法は、有限要素法による解析を基本とし、結晶質岩などのき裂性岩盤の挙動を考慮可能な等価連続体解析手法であるMBC (Micro-mechanics Based Continuum model)解析、及びCTM(Crack Tensor Model)と仮想割れ目モデルを組合せた解析(クラックテンソルモデルを用いて坑道掘削時の周辺岩盤の応力を求め、その応力と仮想割れ目モデルを用いて透水性変化を解析的に求める手法:CTM+仮想割れ目モデル)を用いた。本検討で得られた知見は以下の通りである。(1)岩盤変位や坑道内空変位は、損傷領域考慮の有無にかかわらず、MBC解析よりCTM+仮想割れ目モデル解析が大きく予測された。(2)損傷領域を考慮した場合の岩盤変位や透水係数の変化は、MBC解析よりCTM+仮想割れ目モデル解析の感度が大きい。(3)損傷領域を考慮することによる安全率への影響は、両手法ともほとんどない。(4)き裂のモデル化の違いが解析結果に現れる。(5)水平坑道においては立坑壁面より立坑掘削径の2倍以上、立坑においては水平坑道スプリングラインより水平坑道代表径の1.5倍以上離れていれば、解析的には連接部の影響はない。

The Excavation Disturbed Zone is defined as the zone host rock around an underground excavation whose characteristics are altered by excavation. This includes the Excavation Damaged Zone, Stress Redistribution Zone and Unsaturated Zone. It is assumed that such zone will become a selective pathway for the migration of groundwater and/or radioactive materials. Therefore, for the design of geological repository where low permeability is required, it is important to establish an accurate method for evaluating and predicting the rock mass behavior due to excavation. This paper describes the results of 3D FEM analysis results using two type continuous models that consider the reduction of stiffness of the Excavation Damaged Zone due to blasting.