第 2 章 地下空洞のブレイクアウトに対する中間主応力の影響の実験的検討
2.6 結言
本 章 で は ，坑 道 周 辺 の EDZ の 損 傷 が 進 行 し ，坑 道 の 力 学 的 安 定 性 に 影 響 を 強 く 及 ぼ す ブ レ イ ク ア ウ ト の 発 達 の 様 式 や 発 生 応 力 条 件 の 検 討 を 目 的 と し て ，CS（ 人 工 堆 積 岩 ） と 大 谷 石 の 2 種 類 の 立 方 体 供 試 体 に 円 孔 を 削 孔 し ，3 方 向 か ら 異 な る 圧 力 を 載 荷 し て ブ レ イ ク ア ウ ト 発 生 応 力 条 件 の 検 討 を 行 っ た ． 実 験 中 に ， ボ ア ホ ー ル カ メ ラ に よ る 孔 壁 面 の 観 察 ， 孔 壁 面 の 接 線 ひ ず み 測 定 ， 剥 離 し て 崩 落 す る 岩 片 の 質 量 測 定 を 行 っ た ． こ れ ら の 測 定 や 観 察 に よ り ， ブ レ イ ク ア ウ ト の 進 展 を 段 階 的 に 把 握 し て ， そ の と き の 応 力 状 態 の 比 較 を 行 い ， ブ レ イ ク ア ウ ト 発 生 と 進 展 に 対 す る 中 間 主 応 力 の 影 響 を 比 較 し た ． さ ら に ， ブ レ イ ク ア ウ ト 発 生 応 力 条 件 を 評 価 す る た め の 破 壊 規 準 を 検 討 し た ． そ の 結 果 を ま と め る と 以 下 の 通 り で あ る ．
(1 ) 実 験 に 供 し た CS，大 谷 石 両 供 試 体 に お い て ，中 間 主 応 力 に 対 応 す る 孔 軸 方 向
圧 力 Sv の 増 大 に 伴 い ， ブ レ イ ク ア ウ ト 発 生 時 の 最 大 主 応 力σA の 値 が 増 大 す る 傾 向 が 概 ね 見 ら れ た ．
(2 ) ブ レ イ ク ア ウ ト 開 始 に 着 目 し た 破 壊 現 象 と ，進 展 に 着 目 し た 破 壊 現 象 と で は ， Svの 増 大 に 伴 うσAの 増 大 の 傾 向 が 異 な っ て い た ．
(3 ) 中 間 主 応 力 の 影 響 を 定 量 的 に 評 価 す る た め に ，Mod ified -Lad e，Druc ke r-P rag er， お よ び 茂 木 の 3 つ の 破 壊 規 準 を 実 験 結 果 と 比 較 し た ． そ の 結 果 ， 一 軸 お よ び 三 軸 圧 縮 試 験 の 結 果 か ら 得 た 強 度 物 性 値 を こ れ ら の 規 準 に 単 純 に 適 用 し た 場 合 ， ブ レ イ ク ア ウ ト 発 生 応 力 を 過 小 評 価 す る 傾 向 に あ る こ と が 示 さ れ た ． そ の た め ， こ れ ら の 規 準 を 坑 道 掘 削 現 場 へ 適 用 す る に 当 た っ て は ， 安 全 側 の 評 価 が 見 込 め る た め 好 ま し い が ， 過 大 設 計 を 避 け ， よ り 合 理 的 な 設 計 規 準 を 構 築 し て い く た め に は ， 既 存 の 規 準 の 改 良 ， も し く は 新 た な 規 準 を 立 案 し て い く こ と が 望 ま し い ．
高 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 の 地 層 処 分 で は ， ブ レ イ ク ア ウ ト の よ う に 破 壊 が 進 展 し て 坑 道 周 辺 岩 盤 の 崩 落 が 生 じ る 段 階 に お い て 問 題 と な る 坑 道 掘 削 時 の 安 全 性 へ の 影 響 へ の 懸 念 の 観 点 み な ら ず ， 廃 棄 体 埋 設 後 の 核 種 の 移 行 に 影 響 を 与 え る と い う 安 全 評 価 の 観 点 か ら ， 坑 道 周 辺 岩 盤 に 割 れ 目 が 発 生 し て 透 水 性 が 増 大 す る 破 壊 の 初 期 の 段 階 の 評 価 も 重 要 と な る ． 本 章 で は ， ブ レ イ ク ア ウ ト の 進 展 段 階 ご と に 異 な る 破 壊 機 構 が 働 い て い る こ と が 明 ら か と な っ た た め ， 今 後 は そ れ ぞ れ の 段 階 ご と に 適 切 な 破 壊 規 準 を 提 案 で き る こ と が 望 ま し い ． こ の 知 見 は ， 中 間 主 応 力 の 影 響 や 破 壊 の 進 展 状 況 を 考 慮 し た 破 壊 規 準 の 設 定 に よ り ， 地 層 処 分 場 の 坑 道 設 計 の 高 度 化 に 寄 与 す る 成 果 で あ る と い え る ． さ ら に ， 実 際 の ブ レ イ ク ア ウ ト は ， 地 圧 が 作 用 す る 岩 盤 を 掘 削 し た と き の 坑 道 壁 面 の 応 力 集 中 に よ り 発 生 す る ． し た が っ て ， 円 孔 を 穿 っ た 供 試 体 に 対 し て 載 荷 圧 力 を 増 大 さ せ た 本 章 の 実 験 は ， 実 現 象 と
38
応 力 経 路 が 異 な っ て い る ． 原 位 置 の 応 力 経 路 に 即 し た 試 験 の 実 施 も 今 後 の 研 究 課 題 で あ る ．
本 章 で は ，室 内 試 験 に よ り ，空 洞 周 辺 の 接 線 応 力 の 増 大 に 伴 う E DZ の 進 展 お よ び 発 生 応 力 条 件 に 関 す る 知 見 が 得 ら れ た ． 第 3 章 お よ び 第 4 章 で は ， 幌 延 深 地 層 研 究 セ ン タ ー の 地 下 施 設 を 対 象 と し て ，実 際 の 地 下 坑 道 に お け る 周 辺 岩 盤 の ED Z の 進 展 幅 や そ の 経 時 変 化 ，EDZ 内 外 の 透 水 性 の 増 大 に 関 し て 検 討 を 試 み た ．
39 参 考 文 献
1) 茂 木 清 夫 ： 岩 石 の 破 壊 お よ び 降 伏 条 件 （ 新 方 式 の 三 軸 試 験 法 に よ る 研 究 ）， 材 料 ， 第 20 巻 ， 第 2 09 号 ，1 971
2) Mog i, K. : E xpe rimen ta l Ro ck Me cha nics, Ta yl or & Franc is/Ba lke ma , 2007 .
3) 茂 木 清 夫 ： 岩 石 の 変 形 ・ 破 壊 特 性 に つ い て ， 地 質 学 雑 誌 ， 第 7 7 巻 ，2 29– 2 3 6， 1971
4) Ewy, R.T. : We llbo re S tab ility P red ic tio ns Usin g a Mod ified Lad e C rite rion, SP E Drilling & Co mp le tion , 14, 85– 91, 199 9.
5) Haimso n, B. S ong , I. : La bo ra to ry S tud y o f Bo reh ole B re akou ts in Co rdo va Crea m:
a Ca se of Sh ea r Fa ilure Mech an ism, In t. J. Roc k Me ch. Min . S c i. G eo mech. Abstr. , 30, 104 7–10 56, 19 93.
6) Le e, M. , Ha imson, B. : La bo ra to ry S tud y o f Bo reh ole B re akou ts in La c du B onn et Gran ite : a Ca se o f Ex tensile Fa ilu re Mec han ism, In t. J. R ock Me ch. Min . S c i.
Geo me ch. Ab str., 30, 10 39–10 45, 19 93.
7) Haimso n, B. : Mic ro mechan isms of bo re ho le in stab ilit y le ad ing to brea kou ts in roc ks, In t. J. Ro ck Mec h. Min. Sc i. , 4 4, 157–1 73, 200 7.
8) Kirsch , C . : D ie Th eo rie der Elastiz itä t un d d ie Bedü rfn isse de r Fe stig ke itsleh re . Ze itsch rift de s Ve re in es Deu tsche r In gen ie ure, 42, 797 –807 , 1 898 .
9) 地 学 団 体 研 究 会 新 版 地 学 事 典 編 集 委 員 会 ： 新 版 地 学 事 典 ， 株 式 会 社 平 凡 社 ， 1996 .
1 0 ) 伊 藤 高 敏 ，五 十 嵐 哲 ，山 本 晃 司：未 固 結 砂 層 の フ ラ ク チ ャ リ ン グ 挙 動 を 模 擬 す る 室 内 実 験 ，Jo urna l o f MMIJ，127，2 43–2 4 8，2011.
1 1) 金 川 忠 ，日 比 野 敏 ，石 田 毅：オ ー バ ー コ ア リ ン グ 法 に よ る 3 次 元 地 圧 計 測 法 ― 埋 設 型 8 成 分 ゲ ー ジ の 開 発 ― ， 電 力 中 央 研 究 所 報 告 ， 研 究 報 告 3850 33，198 6.
12) Druck e r, D. and P rag e r, W. : Soil mechanics and plastic anal ysis or l i mit desi gn, Q. App l. Ma th., 10, 1 57 –165 , 1 952 .
1 3 ) La de, P.V. : E la sto -pla stic stre ss-stra in th eo ry fo r coh esio n le ss so il with cu rved yie ld su rfac es，In te rn a tion a l Jou rn a l of So lid s and S truc tu re s, 13 , 101 9 –1035 , 197 7.
14) San tare lli, F.J., Brown, E.T., Mau ry, V. : An a lysis o f b oreho le stre sse s using
pre ssure -dep end en t, lin ear e la stic ity, In t. J. Ro ck Mech . Min . S c i. Ge o mech. Abstr. , 23, 445 –449 , 1 986 .
15) 青 柳 和 平 ，山 川 彩 香 ，石 田 毅 ，村 田 澄 彦 ，奈 良 禎 太 ，山 本 晃 司 ，長 野 優 羽 ： 岩 石 の 非 線 形 性 が ボ ア ホ ー ル ブ レ イ ク ア ウ ト 発 生 応 力 条 件 に 及 ぼ す 影 響 に つ い
40
て ， 資 源 素 材 学 会 平 成 24 年 度 春 季 大 会 講 演 集 ，15 3–15 4，2012 .
16) 山 口 梅 太 郎 ・ 西 松 裕 一 ： 岩 石 力 学 入 門(第 3 版 ）， 東 京 大 学 出 版 会 ，1 991 . 17) 石 田 毅 ，岡 弘 ，米 廣 伸 生 ，田 村 洋 一 ，水 田 義 明 ： 水 圧 破 砕 の 引 張 強 度 に 関 す る
破 壊 の 確 率 論 に よ る 検 討 ， 資 源 ・ 素 材 学 会 誌 ， 第 1 21 巻 ，576 –582 , 2 005 .
41