論 文 題 名
不 連 続 性 岩 盤 内 大 規 模 地 下 空 洞 の
掘 削 時 変 形 挙 動 と 安 定 性 の 評 価 に 関 す る 研 究
長 崎 大 学 大 学 院 生 産 科 学 研 究 科 山 下 裕 司
論 文 内 容 の 要 旨
ダ ム ，原 子 力 発 電 所 な ど の 岩 盤 上 に 設 置 さ れ る 重 要 構 造 物 ，あ る い は 地 下 発 電 所 な ど 岩 盤 内 に 設 置 さ れ る 大 規 模 地 下 空 洞 と い っ た 岩 盤 構 造 物 の 建 設 に あ た っ て は ，施 工 時 の 安 全 性 お よ び 経 済 性 の 確 保 ，さ ら に 完 成 後 の 設 備 の 安 全 性 お よ び 信 頼 性 の 観 点 か ら ，亀 裂 が 比 較 的 少 な い 堅 硬 な 岩 盤 を 対 象 と し て ，建 設 地 点 が 選 定 さ れ て き た 。し か し ，今 後 は 種 々 の 環 境 問 題 ，立 地 上 の 制 約 お よ び 経 済 性 の 観 点 か ら ，堅 固 な 岩 盤 が 広 範 囲 に 分 布 す る 理 想 的 な 建 設 地 点 を 選 定 で き な く な る こ と が 予 想 さ れ る 。よ っ て ，こ れ ま で に 経 験 の な い 条 件 ，例 え ば ，硬 岩 で あ っ て も 層 理 ，節 理 あ る い は 片 理 な ど の 不 連 続 面 が 卓 越 し た 岩 盤 ，い わ ゆ る 不 連 続 性 岩 盤 で の 立 地 を 余 儀 な く さ れ る 状 況 が 考 え ら れ る 。す な わ ち ，不 連 続 面 に よ る 岩 盤 変 形 挙 動 と 安 定 性 へ の 影 響 を 的 確 に 評 価 す る こ と が ，地 下 空 洞 を は じ め 岩 盤 構 造 物 の 設 計 ・ 施 工 ・ 管 理 を 行 う 上 で 課 題 と な っ て い る 。
大 規 模 岩 盤 構 造 物 の 実 設 計 に お い て は ，運 用 実 績 の 面 も あ る が ，解 析 作 業 時 間 の 短 縮 や 効 率 化 な ど の 観 点 か ら ，不 連 続 体 解 析 手 法 よ り も 連 続 体 解 析 手 法 を 用 い る こ と が 多 い 。し か し ，不 連 続 性 岩 盤 を 取 り 扱 う 場 合 ，連 続 体 解 析 手 法 は 構 造 物 の 平 均 的 挙 動 を 把 握 で き る が ，局 所 的 破 壊 や 大 変 形 挙 動 の 把 握 に は 至 ら な い と い う 問 題 点 が あ る 。す な わ ち ，空 洞 の 掘 削 に 伴 う 周 辺 岩 盤 の 変 形 や 破 壊 の 大 部 分 は ，不 連 続 面 に 沿 う せ ん 断 破 壊 や ダ イ レ ー シ ョ ン に 起 因 す る こ と が 多 い と 認 識 さ れ て い な が ら も ，設 計 の 現 状 は 割 れ 目 の 挙 動 を 等 価 的 に 取 り 扱 っ て い る 連 続 体 解 析 手 法 が 主 流 で あ る と い う 矛 盾 が あ っ た 。
本 論 文 で は ， 不 連 続 性 岩 盤 内 へ の 大 規 模 な 構 造 物 の 建 設 を 研 究 対 象 と し ， 不 連 続 体 解 析 手 法 で あ る 個 別 要 素 法 を 用 い て ，実 現 場 に 生 じ た 特 徴 的 な 変 形 挙 動 の メ カ ニ ズ ム を 解 明 す る と と も に ，岩 盤 構 造 物 の 合 理 的 設 計 に 必 要 と な る ゆ る み 領 域 を 評 価 す る こ と を 目 的 と し て ，解 析 を 実 施 し た 。そ の 結 果 ，個 別 要 素 法 は ，不 連 続 面 の 開 口 分 離 お よ び せ ん 断 す べ り に よ る 岩 盤 の 実 現 場 に お け る 特 徴 的 変 形 挙 動 の 表 現 が 可 能 で あ り ，不 連 続 面 の 影 響 を 評 価 で き る 解 析 手 法 で あ る こ と を 示 し た 。ま た ，亀 裂 の 発 生 ・ 進 展 を 考 慮 で き る 拡 張 個 別
要 素 法 を 用 い て 解 析 す る こ と に よ り ，研 究 対 象 と す る 宮 崎 県 の 小 丸 川 揚 水 発 電 所 の 地 下 空 洞 掘 削 の 実 計 測 デ ー タ（ 変 位 ，ひ ず み ，弾 性 波 速 度 ）か ら 得 ら れ る ゆ る み 領 域 を 評 価 で き る こ と ，今 後 の 大 規 模 地 下 空 洞 に お け る 支 保 設 計 に 有 効 で あ る こ と を 明 ら か に し た 。
第 1 章 で は ，不 連 続 性 岩 盤 内 大 規 模 岩 盤 構 造 物 の 力 学 的 特 性 評 価 の 現 状 と 課 題 に つ い て 記 述 し ， 本 研 究 の 目 的 と 構 成 を 示 し た 。
第 2 章 で は ，不 連 続 性 岩 盤 内 に 設 置 さ れ る 大 規 模 地 下 空 洞 の 設 計 に お け る 現 状 に つ い て 考 察 す る と と も に ， 今 後 の 課 題 に つ い て ま と め た 。
第 3 章 で は ，大 規 模 地 下 空 洞 の 実 現 場 で の 事 例 と し て ，小 丸 川 揚 水 発 電 所 の 地 下 空 洞 を 対 象 と し ，掘 削 時 の 特 徴 的 挙 動 に つ い て 整 理 し た 。実 現 場 の 地 質 ， 掘 削 お よ び 支 保 工 ， 変 位 計 測 結 果 ，BTV 観 察 に お け る 特 徴 に つ い て ま と め た 。
第 4 章 で は ，第 3 章 で 示 し た 実 現 場 へ の 適 用 と し て ，亀 裂 分 布 の 均 質 化 モ デ ル を 用 い た 解 析 手 法 に 基 づ く 大 規 模 地 下 空 洞 掘 削 時 の 変 形 挙 動 の 評 価 に つ い て ま と め た 。掘 削 前 に 実 施 さ れ た 有 限 要 素 法（FEM）解 析 と マ イ ク ロ メ カ ニ ク ス に よ る 連 続 体 理 論 （MBC） 解 析 の 2 種 類 の 解 析 手 法 を 実 現 場 の 空 洞 掘 削 時 に 適 用 し た 結 果 か ら ，掘 削 時 の 岩 盤 挙 動 は ，岩 盤 中 に 存 在 す る 不 連 続 面 の 影 響 を 受 け る こ と を 明 ら か に し た 。
第 5 章 で は ，第 4 章 で の 解 析 手 法 で は モ デ ル 化 が 困 難 で あ っ た 不 連 続 面 の 幾 何 学 的 分 布 の モ デ ル 化 が 容 易 で ，不 連 続 面 の 力 学 的 挙 動 を 表 現 で き る 不 連 続 体 解 析 手 法 で あ る 個 別 要 素 法 を 大 規 模 地 下 空 洞 掘 削 の 実 現 場 に 適 用 し た 。 そ の 結 果 ，個 別 要 素 法 は ，不 連 続 面 の 流 れ 目 ，差 し 目 構 造 に 起 因 す る 実 現 場 の 特 異 な 変 形 挙 動 を 表 現 で き る こ と を 実 証 し た 。さ ら に ，解 析 結 果 か ら ，不 連 続 面 の 開 口 分 離 お よ び せ ん 断 す べ り に 起 因 す る 岩 盤 挙 動 メ カ ニ ズ ム に つ い て 解 明 し た 。ま た ，今 後 の 予 備 設 計 や 情 報 化 施 工 管 理 に お い て 個 別 要 素 法 を 適 用 し て い く 場 合 の 留 意 点 に つ い て 提 言 し た 。
第 6 章 で は ，個 別 要 素 法 を 大 規 模 地 下 空 洞 掘 削 の 情 報 化 設 計 施 工 に お い て 支 保 設 計 と 密 接 な 関 連 が あ る ゆ る み 領 域 の 評 価 に 適 用 し た 。ま ず ，不 連 続 面 分 布 特 性 の ケ ー ス ス タ デ ィ 解 析 を ，亀 裂 の 発 生・進 展 を 考 慮 で き る 拡 張 個 別 要 素 法 を 用 い て 行 い ，不 連 続 面 の 分 布 特 性 が ゆ る み 領 域 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て 解 明 し た 。つ ぎ に ，小 丸 川 発 電 所 地 下 空 洞 掘 削 の 実 計 測 デ ー タ（ 変 位 ，ひ ず み ，弾 性 波 速 度 ）か ら 整 理 さ れ た ゆ る み 領 域 と ，亀 裂 の 発 生 ・ 進 展 を 考 慮 で き る 拡 張 個 別 要 素 法 を 実 現 場 に 適 用 し た 解 析 結 果 を 比 較 検 討 す る こ と に よ り ，本 解 析 手 法 が ゆ る み 領 域 の 評 価 お よ び 支 保 設 計 ，す な わ ち 空 洞 の 安 定 性 評 価 に 有 効 で あ る こ と を 明 ら か に し た 。
第 7 章 で は ， 各 章 の 成 果 を 総 括 し て 結 論 と し た 。
