Development of face stability theory considering progressive failure due to tunnel excavation

考虑隧道开挖引起的渐进破坏的工作面稳定性理论的发展

基本信息

批准号：
21K14238
负责人：
富樫陽太
金额：
$ 3万
依托单位：
Saitama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

研究代表者らは，曲線状のすべり線を用い，緩み土圧を考慮した切羽土圧の推定方法を提案している。本研究では，トンネル掘削よる切羽崩壊の進行性の特徴を実験的に取得し，実用的な切羽安定性理論を構築を目指す。2022年度は，(a)大きい土被りを想定したトンネル模型を作製し，トンネル引き抜き実験を行いアーチ作用の影響を把握するとともに，(b)アーチ作用をモデル化可能な微分方程式を別途提案した。(a)土被り比H/D=10までの模型地盤を作製可能な土槽を用い，二次元トンネル引き抜き実験を行った。材料の摩擦抵抗によって異なるが，結果，H/D=5-7で地表面の変位が生じずに部分的に地山が崩壊する様子（すなわちアーチ作用）が観察できた。土圧の傾向は昨年度に実施した，小さい土被りの実験と同様で，トンネル模型の引抜き量が大きくなるほど，地山の摩擦抵抗によって土圧は小さくなる。なお，既往の現場の知見よりもアーチ作用が生じる土被り比が大きいのは二次元の土槽だからである。次年度は，三次元の半トンネル断面の模型で実験ができる土槽を作製する予定である。(b)切羽安定問題のアーチ作用は，H/Dが大きくなるほど崩壊高さが変化することがわかった。これは従属変数の導関数が従属変数の変化に応じて定まる1階微分方程式そのものの性質である。そこで，既往のロジスティック方程式を改良してアーチ作用の生じる土被り比を推定する微分方程式を考案した。トンネル引抜き実験の結果と比較した結果，概ね現象を捉えられることがわかった。一方，H/Dが大きい領域ではやや現象と乖離する解が得られたため，2023年度には提案式を改良していく予定である。

研究人员提出了一种使用弯曲的滑动线估算面部压力的方法，考虑到较大的土壤压力。在这项研究中，我们在实验中获得了隧道发掘引起的面部崩溃的渐进特征，并旨在建立一个实用的面部稳定性理论。在2022财年中，（a）我们制造了一个带有较大土壤覆盖的隧道模型，进行了隧道拉出实验，以了解拱门动作的影响，并且（b）提出了一个可以对拱形动作进行建模的单独微分方程。（a）使用土壤罐进行二维隧道拉出实验，该土壤储罐可以产生模型的土壤，土壤覆盖率高达H/D = 10。尽管它取决于材料的摩擦电阻，但我们可以观察到地面山倒塌而不会在H/d = 5-7（即拱形动作）下部分倒在地面上。土壤压力的趋势与去年进行的小土壤覆盖物相似，而从隧道模型中拉出的量越大，土壤压力越小，则由于地面的摩擦力抗性所致。此外，产生拱形效应的土壤覆盖率的原因是它是二维土壤罐。明年，我们计划创建一个可以使用三维半个隧道横截面模型进行测试的土壤罐。（b）发现随着H/D的增加，羽毛稳定器问题的弓效应发生了变化。这是一阶微分方程本身的性质，其中根据因变量的变化确定因变量的衍生物。因此，我们设计了一个微分方程，该方程改进了过去的逻辑方程，以估计发生拱形效应的土壤覆盖率。将结果与隧道拉出实验进行比较，发现通常可以捕获该现象。另一方面，在h/d很大的区域中，一种与已获得现象略有不同的溶液，因此我们计划在2023年改善提议公式。