第 14 回地盤防災
豪雨による斜面の崩壊 ( 自然の力 )
岩盤斜面の崩壊状況 (By JH)
崩壊状況の模式図 1 崩壊前 美濃 IC 2 一次崩壊 (9:55) 美並 IC 150m 3 二次崩壊 (12:20) 4 最終形 (13:10)
地質構造 崖錐堆積物強風化岩盤 (D 級 ) 風化岩盤 (CL~CM 級 ) ボーリング地下水位 標高 (m) 220 コンクリートブロック擁壁 自動車道 150 80
Side: Retaining wall made of concrete blocks Strong weathered rock (D) Weathered rock (C L ~C M ) initial underwater line horizontal displacement is fixed and 側面 : 水平方向変位を拘束, 鉛直方向自由 vertical displacement is free 底面 : 水平, 鉛直方向とも拘束 Bottom: fixed in two directions Undrained 非排水境界 boundary Shear stress ratio (2J 2 ) 1/2 / ' 3 3-0.015 2 1 (2J 2 ) 1/2 / ' 3 ' =0.196 MPa 3 0 0 0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 v Shear strain (2I 2 ) 1/2-0.01-0.005 Volumetric strain v 解析メッシュモデル コンクリートブロック擁壁付き強風化岩盤強風化岩盤風化岩盤初期地下水位 節点数 :1520 要素数 :1422 182m 境界条件底面 :XY 方向変位拘束, 非排水側面 :X 方向変位拘束, 非排水地表面 : 排水 320m
t=2500sec 0.015 0.010 0.005 0.000 t=5000sec t=7500sec t=7662sec Development of shear strain in the ground with time CASE1)
t=10000sec 0.015 0.010 0.005 0.000 t=15000sec t=20000sec t=25000sec Development of shear strain in the ground with time CASE2)
t=2500sec t=25000sec t=7662sec t=50000sec Case1 Case2 Distribution of the displacement vector (Enlarged with 100 times)
Meshes of 3D FEM & 2D FEM Strongly weathered rock Weathered rock Residual strength R f =15 Residual strength R f =7 Residual strength R f =4.5 Elastic Initial underground water level Middle section plane
Development of shear strain in the slope with time (4000 sec) 2I 2 ( I 2 : 2nd invariant of (6000 sec) deviatoric strain) (11450 sec) 3D FEM(central section plane) (4000 sec) (6000 sec) (8852 sec) 2D FEM
Verification with actual failure surface(2) Actual final failure zone Bird view Actual final failure surface Result of 3D FEM Vertical section view
Distribution of shear strain in 3D view (in 11450 sec) 2I 2
トンネル掘削による斜面の破壊 ( 人為的行動によるもの )
鋼製支保工の変形状況 ( 崩落土除去後に谷側か )
対象 トンネル坑口崩落事故 日時 : 平成 9 年 11 月 10 日 規模 :40,000m 3 超 地質 : 船津花崗岩および表層に強風化まさ土 雨量 : 崩壊前にはほとんどなし この岩盤斜面は貫通の数日後, 終点側坑口上部斜面が幅約 65m, 長さ 80m にわたって崩壊した. 崩壊土砂の圧力で谷側の支保にクラックが発生し, クラック発生後 1 時間 45 分で全面崩壊した.
トンネル掘進区間 65m 80m
坑口 ( 終点側 ) 崩壊斜面とトンネル線形
地質条件 崩壊地の最上部に至るまで, 船津型のミロナイト化した花崗閃緑岩である. 斜面には何層もの粘土化変質帯が差し目に分布して, 脆弱化している. 風化した岩盤が斜面上方に厚く分布している. 多亀裂で割れ目が開口し褐色化, 軟質化が著しい.
押さえ盛土 設計当初の坑口断面
掘削前 貫通直前 坑口部工事状況
貫通後の坑口の様子
崩落事故経緯 1997 11 月 4 日 トンネル貫通 1997 11 月 9 日 坑内弾性波探査実施 No.514 No.517 No.523 1997 11 月 10 日 7:30 始業前点検 異常なし 13:15 527 支保完了 13:30 現場点検 異常なし 14:30 514~517 支保天端及び左 60 に 2~3mのクラック発生 15:15 523~527 支保に上載荷重を施工 15:40 ロックボルトプレートの破損 15:50 退避命令 吹付けコンクリートのクラック拡大 崩落発生 15:55 鋼製支保の変形発生 坑口両サイドの 谷より継続的な落石発生 16:00 作業員避難 16:15 崩落発生
崩落後トンネル内 坑口近くの吹付のクラック坑口近くのロックボルトの抜け落ち
鋼製支保工の変形状況 ( 崩落土除去後に山側から )
1 3 2 4 上部に堆積した土塊の重量で崩壊 1 せん断力が作用していない時の断面 2 せん断力が作用し, トンネルの変形が進む段階 3 谷側の脚部に内側へ向う回転モーメントが生ずる段階 4 上部に堆積した土塊の重量で圧壊が生ずる段階 支保工変形のメカニズム
素因 地質 : 斜面には何層もの粘土化変質帯が差し目に分布し, 脆弱化 誘因 崩落事故原因の推定 風化した岩盤が斜面上方に厚く分布 降水量や地下水位の上昇などは考え難い トンネル掘削による緩み域の拡大 押さえ盛土を施工していなかった
トンネル周辺の P 波速度分布
崩壊とトンネル施工との関係 人工地山と抱き擁壁なし Fs = 0.886 人工地山と抱き擁壁あり 反力考慮せず Fs = 0.976 反力考慮あり 68 tf Fs = 1.048
詳細法による崩壊メカニズムの崩壊メカニズムの解明 岩盤斜面の掘削 掘削後数日を経た斜面が突然崩壊 進行性破壊? 発生機構の解明 斜面の掘削, トンネルの掘削等による地盤の進行性破壊を数値解析により検討 1 解析手法の確立 2 斜面安定, トンネル掘削への適用
解析対象斜面の地質断面
解析モデル 強風化花崗岩花崗岩 Case-1: 押え盛土なし Case-2: 押え盛土あり 抱き擁壁 押え盛土 m m
掘削完了直後 掘削完了から 掘削完了から 掘削完了から 6 時間後 12 時間後 13 時間後 Case-1 掘削完了直後 掘削完了から 掘削完了から 掘削完了から 6 時間後 12 時間後 13 時間後 せん断ひずみ卓越領域の拡大状況 Case-2
掘削完了直後 掘削完了から 掘削完了から 掘削完了から 6 時間後 12 時間後 13 時間後 破壊要素 地層境界 Case-1 掘削完了直後 掘削完了から 掘削完了から 掘削完了から 6 時間後 12 時間後 13 時間後 破壊領域の拡大状況 破壊要素 地層境界 Case-2
崩壊斜面の掘削作業
改修後完成断面
耐震補強工事途中に発 生した地震による地盤防 災工事の検証 淀川堤防の被災 (1995 年 1 月 17 日兵庫県南部地震 )
被災河川堤防 1995 年兵庫県南部地震 Kob e City Epicenter N 34.4', E 135.0' Dept h 17. 9 km M w 6.8 584 326 818 635 340 507 294 300 218 224 202 184 251 Osak a City Y od o River 257 140 177 Osak a Bay Dam aged area 240 178 173 143 193 0 1 0 km : Stron g motio n station, recorde d horizonta l maximu m acceleratio n in Gal Ooyod o stron g motio n station (Kilopos t 6.0km) Osak a Bay To r ia Ds ih ki em Takam i Dike Yodo river No.1 site : severel y da maged (kilopos t 1.4km) No.2 site : slightl y damaged (kilopos t 3.0km) 0 1 2 3 4 5 km Damage d area :
平面図
被災河川堤防 C o n c r ete B efore earthquake p a r a p et R iver side Elevation (m ) 6 A fter earthquake 4 2 Em bankm ent 0-2 -4
残留変位堤防天端に着目 兵庫県南部地震 2.7m 東南海地震東海地震 ( 新モデル ) 4.9m 4.3m
鋼管矢板リング基礎の耐 震補強 (A ランク予測 ) A ランク予測 : イベント情報なし B ランク予測 : イベント情報部分あり C ランク予測 : イベント情報あり
30,000 kl 石油タンクの耐震補強工法の評価 ( 中国電力 ) Node 1 Node 2 Petroleum tank Node 3 Concrete revetment Clay Reclaimed soil (sand) Granite Element 1 Element 2 Reclaimed boulder Reclaimed sand Sea Clay Element 3 Sand 110m 200m Petroleum tank (H=16m, D=52m) Concrete revetment Solid element: 3603 Shell element: 88 Node: 4514 2.1m 2.9m 6.5m 11.5m 200m Steel pile ring 188.3m 200m 3.5m 4.0m 5.0m
なし Dis-x(m) 0.14 0.07 0 Node 1-0.07 0 3 6 Time(sec) 9 12 Dis-x(m) 0.14 0.07 Node 2 0-0.07 0 3 6 9 12 Time(sec) Dis-x(m) 0.14 0.07 0 Node 3-0.070 3 6 9 12 Time(sec) あり なし あり Dis-x(m) Dis-z (m) 0.14 0.07 0 Node 1 steel pile ring -0.070 3 6 9 12 Time(sec) Node 1-0.08 0 3 6 9 12 Time(sec) Dis-z (m) Dis-x(m) 0.14 0.07 0 0 0 steel pile ring Node 1-0.08 0 3 6 9 12 Time(sec) Dis-z (m) 0 0 Dis-z (m) Node 2 steel pile ring -0.07 0 3 6 9 12 Time(sec) Node 2-0.08 0 3 6 9 12 Time(sec) steel pile ring Node 2-0.08 0 3 6 9 12 Time(sec) Dis-z (m) Dis-z (m) Dis-x(m) 0.14 0.07 0 Node 3 steel pile ring -0.07 0 3 6 9 12 Time(sec) 補強工法有無の条件下で地盤水平変位の比較 0 Node 3-0.08 0 3 6 9 12 Time(sec) 0 Node 3 steel pile ring -0.08 0 3 6 9 12 Time(sec) 補強工法有無の条件下で地盤鉛直変位の比較
MPa 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 過剰間隙水圧の発生が防げれないが 変形が押さえられる! (a) 矢板リング無し (a) without steel pile ring (b) with steel pile ring Figure 9 Distribution of excessive pore-water pressure (t=10.0 sec) cm 15 12 9 6 0 (b) 矢板リングあり 過剰間隙水圧の分布 ( 地震終了後 ) (a) 矢板リング無し (a) without steel pile ring (b) 矢板リングあり (b) with steel pile ring 水平変位の分布 ( 地震終了後 ) Figure 10 Distribution of horizontal displacement (t=10.0 sec)