低品質ロックフィル材を用いたロックフィルダムの応力・変形解析手法

※アーカイブの成果情報は、発表されてから年数が経っており、情報が古くなっております。
同一分野の研究については、なるべく新しい情報を検索ください。

要約

従来建設廃棄物となっていた品質の悪い岩石をフィルダム建設材料として有効利用することを目的として、浸水状態での材料強度の低下を表現できる数値モデルと、ダム建設から貯水までの挙動シミュレーション手法を提案する。

  • 担当:農業工学研究所・造構部・構造研究室
  • 代表連絡先:029-838-7570 Mail Address
  • 区分:研究
  • 分類:普及成果情報

背景

現在、環境問題及びコスト縮減の観点から、従来捨土とされてきた材料(例えば、低品質ロック材など)を有効に利用することが大きな課題となってきている。低品質のロック材は粒子自体の強度が低く、貯水後は特に粒子破砕を起こし易いとされており、ロックフィルダム堤体の浸水による沈下及び強度の低下を引き起こすと考えられる。このような低品質のロック材を築堤材料として有効利用するためには、水に対するこのロック材の力学的特性の変化を予測可能な数値モデルと、ダム建設から貯水にわたる挙動を予測可能な解析法の開発が不可欠である。この研究では、これらを考慮した応力・変形解析手法を開発する。

成果の内容・特徴

  • 低品質ロック材(A材及びB材の二材料)が水によって受ける影響を実験により検討した。A材の試験結果より、この材料は水による影響をあまり受けないことがわかる(図1、3)。一方、B材の試験結果より、この材料は浸水時の圧縮変形量が大きく、水による影響を大きく受ける材料であることがわかる(図2、4)。
  • 実験結果から、一般に低品質とされるロック材でも、その種類により水に対する力学的物性変化特性が異なることがわかる。B材のような材料の場合、貯水後のロックフィルダム堤体の沈下及び強度低下が懸念される。
  • 水による影響を大きく受けるB材のような材料の力と変位の関係を評価するために、弾塑性理論に基づく数理モデルを開発した。このモデルを、本研究室が開発した既往の有限要素法による圧密解析手法と組み合わせ、水による影響を大きく受ける低品質なロック材料のための数値解析法を開発した。
  • 開発した数値解析法をB材の圧密試験結果に適用すると、浸水による大きな圧縮変形や浸水後の変形挙動が1本の線で表現できること等の実験結果をよく表現できる(図2)。本研究で開発した数値解析法は、低品質なロック材を評価するための有効な手法のひとつである。

成果の活用面・留意点

低品質ロック材を有効に利用するため、定量的解析法を示した。この手法により、ダム建設現場から発生する低品質岩石を有効にダム建設に使用する設計施工が可能になる。また、このことは環境保全とダム建設の低コスト化に大きく貢献する。

具体的データ

図1 A材の鉛直応力-間隙比関係
図1 A材の鉛直応力-間隙比関係

図2 B材の鉛直応力-間隙比関係及び開発した数値解析法による解析結果
図2 B材の鉛直応力-間隙比関係及び開発した数値解析法による解析結果

図3 A材の軸歪-偏差応力、体積歪関係(б3=300kPa)
図3 A材の軸歪-偏差応力、体積歪関係(б3=300kPa)

図4 B材の軸歪-偏差応力、体積歪関係(б3=100kPa)
図4 B材の軸歪-偏差応力、体積歪関係(б3=100kPa)

その他

  • 研究課題名:ロックフィル材を用いたロックフィルダムの応力・変形解析手法
  • 中期計画大課題名:農業用施設の構造的・水理的な安定性診断手法等の開発
  • 予算区分:交付金研究
  • 研究期間:2001～2002年度
  • 研究担当者:向後雄二、林田洋一、浅野勇
  • 発表論文等:1) 向後雄二,浅野勇,林田洋一,二つのサクション効果を考慮した修正弾塑性モデル,農業土木学会論文集 217, 9-18. 2002.
                      2) Kohgo, Y., Asano, I. and Hayashida, Y., Mechanical behavior of rock materials due to wetting and their modeling, 3rd International Conference on Unsaturated Soils, Unsat 2002 Vol.1, Recife, Brazil, 167-172. 2002.