数値解析ソリューション
変形性DEMを用いた解析
不連続面が多く存在する岩盤に空洞を掘削する場合には、不連続面に囲まれた岩盤ブロックの変形とともに、不連続面のすべりや開口変位を考慮する必要があります。このような問題に対しては、2次元個別要素法解析ソフトウェアUDECや、3次元個別要素法解析ソフトウェア3DECを用いた解析を提供します。いずれの解析でも、不連続面で囲まれたブロックは変形性を有しています。
解析例紹介:「UDECを用いた掘削解析」、「3DECを用いたキーブロックの解析」
UDECを用いた掘削解析
UDECの適用を最も印象づけるのは、Bartonらによる60mスパンの大空洞(アイスホッケーアリーナ)の掘削変形解析です(図1)この解析の特徴は、ボーリング調査、物理探査等の地質調査を建設予定地で実施し、調査結果に基づいて岩盤分類、節理の走向/傾斜、頻度、初期地圧、岩盤物性等の岩盤評価を実施して岩盤のモデル化を行い、解析を行ったことです。これを再現してみましょう。掘削は3段階とし、初期地圧は実測結果を用いています。岩塊ブロックの形状は任意の多角形で、節理の走向/傾斜を考慮して作成されました。掘削された空洞の内空変位は、岩塊ブロックの変形に節理のずれ変位が加わります。天盤部周辺は多くの節理が存在していますので、掘削の進行に伴い沈下が大きくなります、本事例は、このような岩盤の不連続な性質をよく表現しています。
![図1 アイスホッケーアリーナ周辺の岩盤のモデル化](/wp/wp-content/uploads/2023/07/design08_01.jpg)
![図1 アイスホッケーアリーナ周辺の岩盤のモデル化](/wp/wp-content/uploads/2023/07/design08_02.jpg)
(Barton et al.,1992,Comparison of prediction and performance 62m span sportshall.Torino.)
![図2 解析モデルと不連続面の配置](/wp/wp-content/uploads/2023/07/design08_03.jpg)
![図3 不連続面に囲まれたブロックのメッシュ化](/wp/wp-content/uploads/2023/07/design08_04.jpg)
![図4 掘削に伴う変形ベクトル(1)](/wp/wp-content/uploads/2023/07/design08_05.jpg)
![図5 掘削に伴う変形ベクトル(2)](/wp/wp-content/uploads/2023/07/design08_06.jpg)
![図6 掘削に伴う変形ベクトル(3)](/wp/wp-content/uploads/2023/07/design08_07.jpg)
3DECを用いたキーブロックの解析
3次元個別要素法解析ソフト3DECを使用して1つのキーブロックの崩落を再現する解析です。地下空洞は、縦41(m)、横26(m)の地下発電所の一部です。天盤部のキーブロックは高さがおよそ10(m)あり、3つの不連続面から構成されています。
![3つの不連続面の情報](/wp/wp-content/uploads/2023/07/design08_08.jpg)
岩盤は弾性体でモデル化しており、各ブロックで挟まれた領域は変形性を有しています。
初期応力解析によって静的平衡状態が得られた後、発電所空洞を掘削しました。3つの不連続面は、風化していると考えて、すべり摩擦角を5(度)に低下させています。空洞掘削後、天盤部からキーブロックが抜け落ちて落下していく様子が分かります。
このように、3DECを用いることで、不連続面を有する岩盤の変形挙動に加え、形成されたキーブロックの安定性も評価することができます。
![図1 地下発電所の掘削部と不連続面の位置](/wp/wp-content/uploads/2023/07/design08_09.jpg)
![図2 形成されたキーブロックの形状](/wp/wp-content/uploads/2023/07/design08_10.jpg)
![図3 キーブロックの抜け出し変形(1)](/wp/wp-content/uploads/2023/07/design08_11.jpg)
![図4 キーブロックの抜け出し変形(2)](/wp/wp-content/uploads/2023/07/design08_12.jpg)
![図5 キーブロックの抜け出し変形(3)](/wp/wp-content/uploads/2023/07/design08_13.jpg)