JP2000337970A - 脆性材料を対象としたひずみを破壊判定因子とする計測管理方法 - Google Patents

脆性材料を対象としたひずみを破壊判定因子とする計測管理方法

Info

Publication number
JP2000337970A
JP2000337970A JP11149947A JP14994799A JP2000337970A JP 2000337970 A JP2000337970 A JP 2000337970A JP 11149947 A JP11149947 A JP 11149947A JP 14994799 A JP14994799 A JP 14994799A JP 2000337970 A JP2000337970 A JP 2000337970A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
strain
distortion
dilatancy
volume
stress
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11149947A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuichi Komura
雄一 甲村
Takafumi Shimokouchi
隆文 下河内
Hiroshi Iwamoto
宏 岩本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Takenaka Komuten Co Ltd
Original Assignee
Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Takenaka Komuten Co Ltd filed Critical Takenaka Komuten Co Ltd
Priority to JP11149947A priority Critical patent/JP2000337970A/ja
Publication of JP2000337970A publication Critical patent/JP2000337970A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル等の岩盤構造物に代表されるような
脆性材料を対象として、その安定性、施工時の安全性な
どを評価する計測管理方法の技術分野に属し、特にひず
みを破壊の判定因子として評価する計測管理方法を提供
する。 【解決手段】 実測されたひずみのデータを直接用いて
体積ひずみを計算し、体積ひずみの膨張側への移動(ダ
イラタンシー)が生じているかどうかの有無を調べ、破
壊の判定因子として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、トンネル等の岩
盤構造物に代表されるような脆性材料を対象として、そ
の安定性、施工時の安全性などを評価する計測管理方法
の技術分野に属し、特にひずみを破壊判定因子として評
価する計測管理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】トンネル等の岩盤構造物を設計・施工す
る場合、構造物周辺の岩盤の安定性確保が必要なことは
明らかである。
【0003】岩盤の安定性や施工時の安全性を確保する
ためには、経験に裏付けられた十分な「対策工」を施せ
ば良いが、対策工を施すほどに費用は割高となる。この
ため破壊に対する危険性を理論的に評価して、安全性と
経済性のバランスのとれた対策工の仕様を決定する必要
がある。発明の目的もこの点にある。
【0004】従来、破壊に対する危険性を評価する方法
としては、理論的解析結果や現場での実測データを各種
の破壊基準に適用し、破壊応力に対する余裕度を計算
し、設計者が危険性を判断している。この方法に用いら
れる破壊基準に関しては、各種のものが提案されている
が、そのほとんどが破壊の判定因子に応力の値を用いて
いる。
【0005】従来の設計は許容応力度法によってきたた
めである。トンネル等の岩盤構造物の安定性を評価する
場合には、岩盤等に生じている応力を計測し破壊に対す
る危険性を評価している。例えば、
【0006】(a)特開平10−197296号公報に
記載された土壌や岩盤崩壊広域監視システム、及び、中
央監視装置は、複数箇所で適切な位置に設置された検出
器の発信する各々のセンサの信号を統合的に受信して、
弾性波強度と剪断仕事率の関係式に基づいて安全性を判
断する方法である。剪断仕事率を求めるには、水平応
力、垂直応力、垂直変位のそれぞれの値が必要であり、
そのため、地中内に縦横規則的な配置で応力(または変
位)検出器を設置している。
【0007】(b)特公昭51−40723号公報に記
載された動的岩盤係数測定方法は、計測点に掘削された
孔内の所定の深さまでセルを吊り下げて設置し、同セル
に圧力が正弦波状に変化する液圧を加え、該セルを介し
てボーリング孔壁に正弦波液圧を加える。そのときの圧
力とセル内容積の変化から孔壁の変位を測定し動的地盤
係数を求める。
【0008】しかし、上記(a)及び(b)の従来技術
においては、応力や圧力を直接測定することは計測技術
上困難である。
【0009】そのため、比較的容易に測定できる岩盤内
の水圧に着目した技術も散見される。例えば、
【0010】(c)特開平8−246781号公報に記
載された掘削中の岩盤の安定性管理方法は、地中に掘削
したボーリング孔内に圧力変換器を埋設し、同圧力変換
器によって、岩盤掘削中の岩盤変形に伴って同岩盤内に
発生する過剰間隙水圧によって岩盤の安定性を管理す
る。
【0011】ただし、(c)の従来技術では、岩石ごと
の非排水三軸圧縮試験を行わないと岩盤の安定性を正確
に評価することができない。
【0012】そのため下記する(d)の計測管理方法の
ような技術も公知である。脆性材料のひずみの測定値か
ら応力を理論的な計算で求める。
【0013】(d)特開平9−288021号公報に記
載された地山の緩み変位測定方法は、地山の緩みを、金
属棒の歪み量の変化として、ストレンゲージを用いて測
定する。
【0014】しかし、上記(d)の計測管理方法では、
応力を求める場合にヤング率とポアソン比の値が必要に
なり、両者の値を正確に評価して計算に用いなければ応
力の計算値は精度の低いものになるという欠点がある。
【0015】そこで最近、ひずみを計測して直接ひずみ
を破壊の判定因子に利用した脆性材料を対象とした計測
管理方法も公表されている。例えば、
【0016】(e)土木学会論文報告集(第317号
1982年1月)の93頁〜100頁に掲載された桜井
春輔氏の「トンネル工事における変位計測結果の評価
法」は、ひずみの測定結果から最大主ひずみを求め、そ
のひずみの値の絶対値で破壊の危険性を評価する点に特
徴を有する。
【0017】
【本発明が解決しようとする課題】上記(e)の計測管
理方法では、ひずみの計測結果から最大主ひずみを求
め、そのひずみの値の絶対値で破壊の危険性を評価する
ため、ひずみを応力に変換する際の誤差は除去できる
が、岩盤の自重等で生じる初期ひずみの値を正確に求め
ないと精度が出ない欠点を含んでいる。
【0018】ところで、本発明者らは、下記の実験で、
以下に説明する現象を確認した。先ず、室内において5
種類の岩石を用いて一軸圧縮実験を実施し、圧縮応力下
で破壊に至るまでの応力−ひずみ関係を正確に測定し
た。その結果を図4に示す。
【0019】図4に示すとおり、いずれの岩石において
も、応力が増加するに伴い、軸ひずみ及び周ひずみは単
調に増加していくが、体積ひずみは収縮側へ移動した後
最大値を示し、その後体積ひずみの膨張側への変化(ダ
イラタンシー)を示すことがわかった。
【0020】即ち、ダイラタンシーが開始すると最終的
な破壊に近づいていることがわかる。
【0021】上記の実験結果から、ダイラタンシーの有
無を調べることで破壊の危険性を概略評価することがで
きるものと考えられる。また、ダイラタンシーの開始
は、材料内での不連続面の発生等に起因しているものと
考えられる。
【0022】上記のようなダイラタンシーが開始する時
点での応力は、最終的な破壊応力に比べて小さいため、
直ちに最終的な破壊に至るものではないことも明白であ
る。
【0023】よって、ダイラタンシーの有無を調べるこ
とで、最終的な破壊に対して、余裕を持った計測管理を
行うことができる。
【0024】従って、本発明の目的は、岩石のような脆
性材料を対象として、計測によって得られたひずみのデ
ータを直接用いて体積ひずみを計算し、ダイラタンシー
が生じているかどうかの有無を調べ、破壊の判定因子と
して用いる新しい概念の計測管理方法を提供することで
ある。
【0025】本発明の目的はまた、体積ひずみ、最大主
ひずみ及び最小主ひずみの経時変化を比較して破壊の予
測を行う計測管理方法を提供することである。
【0026】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めの手段として、請求項1に記載した発明に係る脆性材
料を対象としたひずみを破壊判定因子とする計測管理方
法は、岩盤等の脆性材料を対象とする安定性などの計測
管理方法において、実測されたひずみのデータを直接用
いて体積ひずみを計算し、体積ひずみの膨張側への移動
(ダイラタンシー)が生じているかどうかの有無を調
べ、破壊の判定因子として用いることを特徴とする。
【0027】請求項2に記載した発明は、請求項1に記
載した脆性材料を対象としたひずみを破壊判定因子とす
る計測管理方法において、初期状態に関係なく、実測さ
れたひずみのデータを直接用いて体積ひずみ、最大主ひ
ずみ、最小主ひずみを計算し、これらの経時変化を比較
し、破壊の予測を行うことを特徴とする。
【0028】
【発明の実施形態及び実施例】請求項1及び2に記載し
た発明は、岩盤表面でひずみの変化を計測し、得られた
ひずみのデータを直接用いて体積ひずみを計算し、ダイ
ラタンシーが生じているかの有無を調べ、破壊の判定因
子として用いる計測管理方法として好適に実施される。
【0029】実施例として、計測管理を行う対象を、図
5(A)に示した岩盤表面とし、同表面における任意の
計測点Cでひずみの変化量を計測する。ひずみの計測方
法としては、
【0030】(I)岩盤表面にひずみゲージを貼り付
け、同ひずみゲージの出力からひずみを求める方法。
【0031】(II)変位計により、任意の2点間の相対
変化(変位)を測定し、2点間の間隔で除す方法。
【0032】上記(I)及び(II)の方法に使用する計測機
器は一般に販売されているもので良く、必要な計測精度
等を勘案し、決定する。ただし、体積ひずみを求めるに
は、岩盤表面における2つの主ひずみの値を求める必要
がある。そのためには任意の計測点Cにおける岩盤表面
の3軸方向のひずみを計測し、その計測値から最大主ひ
ずみ及び最小主ひずみの値や方向を数学的に決定するこ
とができる。
【0033】例えば、以下の方法を実施可能である。
【0034】構造物などの応力測定において、主ひずみ
の方向が未知な場合には、通常、図6のように、3軸の
ロゼットゲージDを接着し、測定したひずみの値を下記
の計算式へ導入して求める(下式は、直角3軸ロゼット
ゲージの場合である)。
【0035】ここで、最大主ひずみをεMAX、最小主ひ
ずみをεMIN、体積ひずみをεV、岩盤表面に垂直な方向
のひずみをεZ、ポアソン比をν、εa 軸からの方向を
θとすると、
【0036】最大主ひずみεMAXは、次の[数1]によ
り求められる。
【0037】
【数1】
【0038】最小主ひずみεMINは、次の[数2]で求
められる。
【0039】
【数2】
【0040】主ひずみのεa軸からの方向θは、次の
[数3]により求められる。
【0041】
【数3】
【0042】なお、図6におけるロゼット解析において
は、εa→εb→εc の順の軸回りを正方向、逆回りを負
方向とする。角度θは、εa>εcの場合、εa軸と最大
ひずみのなす角をあらわす。
【0043】εa<εcの場合は、εa軸と最小ひずみの
なす角をあらわす。また、εaとεc の大きさの比較は
+、−の符号を含める。
【0044】上記[数1]又は[数2]によって求めら
れた最大主ひずみ及び最小主ひずみに基づいて、次の
[数4]で体積ひずみεVを求めることができる。
【0045】
【数4】
【0046】上記の値は実測によっても求められるが、
図5(B)のように岩盤表面での任意の計測点Cにおけ
る同表面に垂直な方向の応力は0であり、近似的に平面
応力状態と考えることができる。そこで、次の[数5]
によって求めることができる。
【0047】
【数5】
【0048】すなわち、体積ひずみεVは近似的に次の
[数6]で求めることができる。
【0049】
【数6】
【0050】たとえば、岩盤表面での任意の計測点Cで
最低3方向のひずみの値について経時変化を測定し、体
積ひずみの経時変化を上記[数4]によって求め、図1
のように体積ひずみの経時変化が得られたとする。体積
ひずみが収縮から膨張へと転じた点Aを通過した場合、
ダイラタンシーが開始した可能性がある。
【0051】しかし、このような体積ひずみの変化は、
図2に示す4種類の応力変化〜によっても起り得
る。
【0052】は応力が増加しダイラタンシー開始点B
を通過した場合を示す。
【0053】は応力が低下しダイラタンシー開始点B
を通過した場合を示す。
【0054】は応力が増加しダイラタンシー開始点B
に近づいた後、低下した場合を示す。
【0055】は応力が低下しダイラタンシー開始点B
に近づいた後、増加した場合を示す。
【0056】上述のA点通過が、図2の応力変化〜
のいずれであるかを見極めるためには、図3に示すよう
に体積ひずみ、最大主ひずみ及び最小主ひずみの挙動を
勘案して判断すればよい。図3〜は、図2〜の
現象を上記[数1]〜[数6]によって理論的に求めた
体積ひずみ、最大主ひずみ及び最小主ひずみ相互間の経
時変化の関係を示したものである。
【0057】図3は最小主ひずみ、最大主ひずみが共
に次第に増加し、ダイラタンシー開始点Bを通過後も増
加傾向が続く場合を示す。
【0058】図3は最小主ひずみ、最大主ひずみが共
に次第に減少し、ダイラタンシー開始点Bを通過後も減
少傾向が続く場合を示す。
【0059】図3は最小主ひずみ、最大主ひずみが共
に一旦は増加するが、ダイラタンシー開始点Bを通過後
は減少する場合を示す。
【0060】図3は最小主ひずみ、最大主ひずみが共
にひずみが一旦は減少するが、ダイラタンシー開始点B
を通過後は増加する場合を示す。
【0061】結局、図3〜のうち、危険であると判
断されるのは、ダイラタンシー開始点Bを通過後に、最
大主ひずみ及び最小主ひずみが共に増加傾向を示し、岩
盤に作用する応力が増加していると考えられる及び
のパターンである。最大主ひずみ、最小主ひずみ及び体
積ひずみが図3に示した及びのパターンで変化する
場合には、応力が増加してダイラタンシーを生じたか、
あるいは既にダイラタンシーを生じているという危険な
状態であると判断できる。
【0062】よって、以上の計測管理方法により破壊の
危険性を判断することができる訳である。
【0063】なお、図3〜のパターンで明らかなよ
うに、各種ひずみの初期状態の如何は、安全性などの評
価を左右しないことは明らかである。
【0064】
【本発明が奏する効果】請求項1及び2に記載した発明
に係る脆性材料を対象としたひずみを破壊判断因子とす
る計測管理方法によれば、ダイラタンシーが生じている
かどうかの有無を調べ、破壊の判定因子として用いるこ
とにより、従来のひずみを応力に変換する際の誤差を含
むことなく破壊の評価を高精度に行うことができる。
【0065】また、初期状態に関係なく、体積ひずみ、
最大主ひずみ、最小主ひずみの経時変化を比較すること
により破壊の評価を行うため、初期状態の評価誤差を含
まない状態で破壊の評価を正確に行うことができる。
【0066】よって、岩盤斜面やトンネル等の岩盤構造
物に代表される脆性材料を対象として合理的、かつ、実
用的な計測管理が可能となり、ひいては、安全性と経済
性のバランスのとれた対策工の仕様決定に寄与できるの
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】体積ひずみの経時変化を示す図である。
【図2】体積ひずみの変化における4種類の応力変化を
示す図である。
【図3】最大主ひずみ、体積ひずみ、最小主ひずみのひ
ずみ−時間関係を示す図である。
【図4】5種類の岩石の応力−ひずみ関係を示す図であ
る。
【図5】Aは、本発明で計測管理を行う岩盤斜面の表面
上での任意の計測点C及び計測するひずみの3方向を示
す図であり、Bは、図5(A)の断面及び岩盤表面での
垂直方向の応力を示す図である。
【図6】直角3軸型ロゼットゲージにおける3方向のひ
ずみと角度を示す図である。
【符号の説明】 A 体積ひずみが収縮側から膨張側へ移行した点 B ダイラタンシー開始点 C 計測点 D 3軸のロゼットゲージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩本 宏 千葉県印西市大塚一丁目5番地1 株式会 社竹中工務店技術研究所内 Fターム(参考) 2F051 AA06 AB09 AC07 2F069 AA06 AA68 BB40 DD19 GG01 GG06 GG20 GG39 GG56 GG58 GG77 HH30 JJ19 JJ25 MM04 NN12 QQ05

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】岩盤等の脆性材料を対象とする安定性など
    の計測管理方法において、 実測されたひずみのデータを直接用いて体積ひずみを計
    算し、体積ひずみの膨張側への移動(ダイラタンシー)
    が生じているかどうかの有無を調べ、破壊の判定因子と
    して用いることを特徴とする、脆性材料を対象としたひ
    ずみを破壊判定因子とする計測管理方法。
  2. 【請求項2】初期状態に関係なく、実測されたひずみの
    データを直接用いて体積ひずみ、最大主ひずみ、最小主
    ひずみを計算し、これらの経時変化を比較し、破壊の予
    測を行うことを特徴とする、請求項1に記載した脆性材
    料を対象としたひずみを破壊判定因子とする計測管理方
    法。
JP11149947A 1999-05-28 1999-05-28 脆性材料を対象としたひずみを破壊判定因子とする計測管理方法 Pending JP2000337970A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11149947A JP2000337970A (ja) 1999-05-28 1999-05-28 脆性材料を対象としたひずみを破壊判定因子とする計測管理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11149947A JP2000337970A (ja) 1999-05-28 1999-05-28 脆性材料を対象としたひずみを破壊判定因子とする計測管理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000337970A true JP2000337970A (ja) 2000-12-08

Family

ID=15486069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11149947A Pending JP2000337970A (ja) 1999-05-28 1999-05-28 脆性材料を対象としたひずみを破壊判定因子とする計測管理方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000337970A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104101313A (zh) * 2014-08-04 2014-10-15 山东科技大学 冲击煤体扩容量的定量观测确定方法
CN104457572A (zh) * 2014-12-04 2015-03-25 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司 基于三维扫描技术提取盾构隧道错缝错台量的方法
CN110763182A (zh) * 2019-10-17 2020-02-07 浙江岩创科技有限公司 一种岩体全过程变形曲线的计算方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104101313A (zh) * 2014-08-04 2014-10-15 山东科技大学 冲击煤体扩容量的定量观测确定方法
CN104457572A (zh) * 2014-12-04 2015-03-25 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司 基于三维扫描技术提取盾构隧道错缝错台量的方法
CN110763182A (zh) * 2019-10-17 2020-02-07 浙江岩创科技有限公司 一种岩体全过程变形曲线的计算方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sagaseta et al. Prediction of ground movements due to pile driving in clay
Rotte et al. Influence of nail inclination and facing material type on soil-nailed slopes
Yan et al. A centrifugal experimental investigation on the seismic response of group-pile foundation in a slope with an inclined weak intercalated layer
Lin et al. Reinforcement effects and safety monitoring index for high steep slopes: A case study in China
Gao et al. Influence of Benoto bored pile construction on nearby existing tunnel: A case study
AU662956B2 (en) Method and apparatus for measuring three dimensional stress in rock surrounding a borehole
CN110174503A (zh) 一种基于隧道变形确定围岩弱化发展范围的方法
JP2007270542A (ja) 道路橋基礎設計方法
Rabaiotti et al. In situ testing of barrette foundations for a high retaining wall in molasse rock
Ghanbari et al. An analytical technique for estimation of seismic displacements in reinforced slopes based on horizontal slices method (HSM)
Ismael Lateral loading tests on bored piles in cemented sands
Abu-Farsakh et al. Evaluation of pile setup from osterberg cell load tests and its cost–benefit analysis
Zhou et al. Seismic stability of earth slopes with tension crack
JP2000337970A (ja) 脆性材料を対象としたひずみを破壊判定因子とする計測管理方法
Hussein et al. The use of superposition for evaluating pile capacity
Shields et al. Load transfer in pressure injected anchors
Mirdamadi Deterministic and probabilistic simple model for single pile behavior under lateral truck impact
Oh et al. Behaviour of vertically and horizontally loaded pile and adjacent ground affected by tunnelling
Itoh et al. Failure mechanism of anchored retaining wall due to the breakage of anchor head
Tarawneh et al. Estimated and measured settlements of shallow foundation supporting bridge substructure
Chugh In situ strength characteristics of coal mine floor strata in Illinois
Popa et al. Back-analysis of an anchored retaining structure of a deep excavation
Hussein et al. Knowledge is Bliss-A Case for Supplemental Pile Testing to Ascertain Fidelity
Hsiung et al. Effects of jet grouting on adjacent ground and structures
Laouedj et al. PY curves for single piles in sand from the standard penetration test (SPT)

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040618

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060829

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20070109