トンネル模型実験シミュレーション結果

（1）載荷荷重－壁面変位関係

横軸にトンネル内空の変位量を縦軸に載荷圧をとり，載荷により変化するトンネル壁面 の変位挙動を示す．

まず，一断面12本，軸方向打設間隔が2.5cmのケースについてまとめて結果を示す．図 -4.8にロックボルト長さ 3cm，図-4.9に 5cm の荷重内空変位図を示す．

θ = 30°および60°において実験値とやや差が生じているが，両ケースとも実験値を概ね表

現しているものと見てよい．ただし，次の点で解析と実験では異なる挙動となった．実験で は壁面変位に対するボルト長の影響には顕著な差がなかったものの解析においては，i）ボ

表-4.3 解析ケース

図-4.7 周方向角度θ

ルト長5cmのほうが3cmよりも変位が小さい，ii）天端＞30°＞60°＞スプリングラインの順 に変位が大きい結果となった．この理由として考えられるのは，解析上ベアリングプレート をモデル化するために，ボルト頭部と壁面を剛結にしたことが挙げられる．これによりボル トに作用した軸力がダイレクトにトンネル壁面に作用し，内空変位抑制効果に影響を与え たものと考えられる．このことは，実験結果では ＝0.4であったことからも論拠になり得 るといえよう．

つぎに，一断面6本，軸方向打設間隔が2.5cmのケースについて図-4.10に示す．本ケー スは，図-4.9 よりも疎に打設されたケースである．天端部では実験値とほぼ一致している が，その他の計測位置では大きな差が見られた．図-4.11に軸対称荷重条件下（等方応力場）

図-4.9 載荷圧－内空変位（解析ケースB053025）

トンネル壁面変位（mm）

載荷圧 （kPa）

図-4.8 載荷圧－内空変位（解析ケースB033025） 載荷圧 （kPa）

トンネル壁面変位（mm）

第 4 章 ロックボルトで⽀保されたトンネルの解析的評価

での実験と解析結果を示す．両者を比較すると，天端部および30°における変位抑制効果は ないかあるいは少ないが，60°あるいはスプリングラインでは軸対称荷重条件下での値より 変位が小さく抑えられていることがわかる．

（2）ロックボルト軸力分布

載荷にともなうロックボルト軸力分布について，打設パターン 053025 のみの結果を図-4.12から図-4.14に示す．縦軸は軸応力，横軸はロックボルト頭部からの距離をとり，実験 値と解析値を比較している．また，図-4.15には，軸対称荷重条件下（等方応力場）での実 験と解析結果を示す．

図-4.10 載荷圧－内空変位（解析ケースB056025） 載荷圧 （kPa）

トンネル壁面変位（mm）

図-4.11 載荷圧－内空変位（軸対称荷重条件下，ボルト長5cmの実験と解析）

【凡例】解析値のケース冒頭文字「a」は解析結果であることを意味する．

載荷圧 （kPa）

トンネル壁面変位（mm）

二軸応力場では天端部において，実験では引張りの軸応力が全く生じていないが解析で 図-4.12 ロックボルト軸応力分布（天端部：θ^＝0°）

ボルト頭部からの距離（cm）

軸応力（N/mm2）

図-4.13 ロックボルト軸応力分布（θ^＝30°）

軸応力（N/mm2）

ボルト頭部からの距離（cm）

図-4.14 ロックボルト軸応力分布（θ^＝60°）

軸応力（N/mm2）

ボルト頭部からの距離（cm）

第 4 章 ロックボルトで⽀保されたトンネルの解析的評価

二軸応力場では天端部において，解析では軸応力がほとんど生じていないが，実験では マイナスの軸応力すなわち圧縮応力が生じている（図-4.12）．理論的には圧縮応力は生じ得 ないが，実験の都合上，上下方向と左右方向の荷重条件が側圧係数0.5を保持できず，何ら かの影響でボルト軸力に圧縮応力が作用したものと思われる．しかしこの程度であれば，誤 差と判断してもよいものと考えられる．

θ = 30°（図-4.13）ではやや大きめの値が生じているが，初期の誤差を考慮すればその形

状および値ともによく実験値を表しているといえる．θ= 60°（図-4.14）では良く実験値を 表しているが，側壁部において形状に大きな差がでている．実験では，ボルト頭部で最大の 軸応力が生じているが，本解析モデルでは実験のベアリングプレートを節点剛結でモデル 化しているため，ロックボルト頭部の最大軸力は十分に表現できない．この二軸応力場では，

次節4.3.3で取り上げた研究でも示されているように，スプリングライン（側壁）では塑性 領域が他に比べて広がっていると推察されるが，スプリングラインに配置したボルト軸力 も大きくなっている．軸対称の実験および解析結果（図-4.15）と比較すると，実験におい ては二軸応力場の方が載荷圧が増すにしたがって頭部軸力が大きく異なっていく様子が分 かる．

頭部あるいはその近傍の軸力分布をみると，実験では頭部が最大，解析では頭部よりやや 地山奥側が最大となる．この差は，実験においてはベアリングプレートによってロックボル トと地山とを面的に拘束しているのに対し，解析ではロックボルトと地山とをトンネル壁 面上の一節点のみを剛結していることに起因しているものと思われる．これに関しては，ベ アリングプレートのモデル化あるいはベアリングプレートの面積や配置数とロックボルト 軸力発現機構との関係をもとに5.2.1の後半で考察する．

図-4.15 ロックボルト軸応力分布（軸対称荷重条件，ボルト長5cmの実験と解析）

ボルト頭部からの距離（cm） 軸応力（N/mm2）