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公開番号2024168422
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-05
出願番号2023085103
出願日2023-05-24
発明の名称初期応力算出プログラム、及び初期応力算出方法
出願人株式会社安藤・間,国立研究開発法人産業技術総合研究所
代理人弁理士法人武政国際特許商標事務所
主分類G01L 1/00 20060101AFI20241128BHJP(測定;試験)
要約【課題】本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち、従来技術に比して小孔径のオーバーコアリングによって、高精度で初期応力を求めることができる初期応力算出プログラムと初期応力算出方法を提供することである。
【解決手段】本願発明の初期応力算出プログラムは、オーバーコアリングによる応力解放法によって得られた測定ひずみに基づいて初期応力を求める機能を、コンピュータに実行させるプログラムであって、複素応力関数設定処理と応力算定式設定処理、解析ひずみ算定式設定処理、応力算出処理をコンピュータに実行させる機能を備えたものである。応力算出処理では、測定ひずみとなるように逆解析を行うことによって初期応力を求める。
【選択図】図19
特許請求の範囲【請求項１】
オーバーコアリングによる応力解放法によって得られた測定ひずみに基づいて、初期応力を求める機能を、コンピュータに実行させるプログラムであって、
ひずみ計領域、接着領域、コア岩盤領域、及び周辺岩盤領域の４領域ごとに、初期応力に基づいて設定される関数であって、式Ｃ１で示す面内第１複素応力関数φ
ｉ
（ｚ）、面内第２複素応力関数ψ
ｉ
（ｚ）、及び面外複素応力関数χ
ｉ
（ｚ）を設定する複素応力関数設定処理と、
TIFF
2024168422000011.tif
36
170
前記４領域ごとに、前記面内第１複素応力関数φ
ｉ
（ｚ）に基づいて直応力σ
ｘ
を求める関数と、前記面内第２複素応力関数ψ
ｉ
（ｚ）に基づいて直応力σ
ｙ
を求める関数を、式Ｃ２で設定するとともに、直応力σ
ｚ
を求める関数を式Ｃ３で設定する応力算定式設定処理と、
TIFF
2024168422000012.tif
30
170
TIFF
2024168422000013.tif
55
170
式Ｃ２と式Ｃ３によって得られる直応力に基づいて解析ひずみを求める関数を、式Ｃ４で設定する解析ひずみ算定式設定処理と、
TIFF
2024168422000014.tif
74
170
式Ｃ４の左辺が前記測定ひずみとなるように逆解析を行うことによって、初期直応力を求める応力算出処理と、を前記コンピュータに実行させる機能を備えた、
ことを特徴とする初期応力算出プログラム。
続きを表示（約 2,200 文字）【請求項２】
前記算定式設定処理では、前記４領域ごとに、前記面外複素応力関数χ
ｉ
（ｚ）に基づいてせん断応力を求める関数を式Ｃ５で設定し、
TIFF
2024168422000015.tif
50
170
前記算定式設定処理では、式Ｃ５によって得られるせん断応力に基づいてせん断ひずみを求める関数を式Ｃ６で設定し、
TIFF
2024168422000016.tif
59
170
前記応力算出処理では、式Ｃ６の左辺が前記測定ひずみとなるように逆解析を行うことによって、初期せん断応力を求める、
ことを特徴とする請求項１記載の初期応力算出プログラム。
【請求項３】
前記測定ひずみ、感度係数ａ
ｉｊ
、及び初期応力の関係を式Ｃ７で設定する測定ひずみ関係式設定処理と、
TIFF
2024168422000017.tif
68
170
前記感度係数ａ
ｉｊ
を設定する感度係数設定処理と、を前記コンピュータに実行させる機能をさらに備え、
前記応力算出処理では、前記感度係数設定処理で設定された前記感度係数ａ
ｉｊ
と、前記測定ひずみと、を式Ｃ７に入力することによって、初期直応力と初期せん断応力を求める、
ことを特徴とする請求項２記載の初期応力算出プログラム。
【請求項４】
前記感度係数設定処理では、ひずみ計の位置ごとに前記感度係数ａ
ｉ１
～ａ
ｉ６
を設定し、
また前記感度係数設定処理では、直応力及びせん断応力ごとに単位大きさを設定したうえで、式Ｃ１、式Ｃ２、式Ｃ３、及び式Ｃ４で得られる前記解析ひずみを、前記感度係数ａ
ｉｊ
として設定し、
前記測定ひずみが７個以上得られているときは、最小二乗法によって式Ｃ７の初期直応力と初期せん断応力を求める、
ことを特徴とする請求項３記載の初期応力算出プログラム。
【請求項５】
コア軸方向の応力のつり合いによって得られる連成複素応力関数を、式Ｃ８で設定する連成複素応力関数設定処理と、
TIFF
2024168422000018.tif
57
170
前記複素応力関数設定処理で設定された複素応力関数と、前記連成複素応力関数と、を重ね合わせた重合複素応力関数を、式Ｃ９で設定する重合複素応力関数設定処理と、を前記コンピュータに実行させる機能をさらに備え、
TIFF
2024168422000019.tif
27
170
前記感度係数設定処理では、ひずみ計の位置ごとに前記感度係数ａ
ｉ１
～ａ
ｉ６
を設定し、
また前記感度係数設定処理では、直応力及びせん断応力ごとに単位大きさを設定したうえで、式Ｃ９、式Ｃ２、式Ｃ３、及び式Ｃ４で得られる前記解析ひずみを、前記感度係数ａ
ｉｊ
として設定し、
前記測定ひずみが７個以上得られているときは、最小二乗法によって式Ｃ７の初期直応力と初期せん断応力を求める、
ことを特徴とする請求項３記載の初期応力算出プログラム。
【請求項６】
オーバーコアリングによる応力解放法によって得られた測定ひずみに基づいて、初期応力を求める方法であって、
オーバーコアリングによる応力解放法によって、前記測定ひずみを取得する測定工程と、
ひずみ計領域、接着領域、コア岩盤領域、及び周辺岩盤領域の４領域ごとに、初期応力に基づいて設定される関数であって、式Ｃ１で示す面内第１複素応力関数φ
ｉ
（ｚ）、面内第２複素応力関数ψ
ｉ
（ｚ）、及び面外複素応力関数χ
ｉ
（ｚ）を設定する複素応力関数設定工程と、
TIFF
2024168422000020.tif
36
170
前記４領域ごとに、前記面内第１複素応力関数φ
ｉ
（ｚ）に基づいて直応力σ
ｘ
を求める関数と、前記面内第２複素応力関数ψ
ｉ
（ｚ）に基づいて直応力σ
ｙ
を求める関数を、式Ｃ２で設定するとともに、直応力σ
ｚ
を求める関数を式Ｃ３で設定する応力算定式設定工程と、
TIFF
2024168422000021.tif
30
170
TIFF
2024168422000022.tif
55
170
式Ｃ２と式Ｃ３によって得られる直応力に基づいて解析ひずみを求める関数を式Ｃ４で設定する解析ひずみ算定式設定工程と、
TIFF
2024168422000023.tif
74
170
式Ｃ４の左辺が前記測定ひずみとなるように逆解析を行うことによって、初期直応力を求める応力算出工程と、を備えた、
ことを特徴とする初期応力算出方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願発明は、地盤の初期応力の算出に関する技術であり、より具体的には、オーバーコアリングによって採取された円柱供試体を「ひずみ計領域」と「接着領域」、「コア岩盤領域」からなる３層構造モデルとし、さらに面内と面外における応力成分の連成効果を考慮した弾性理論による厳密解を初期応力として得ることができる技術に関するものである。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
岩盤上、あるいは岩盤内に構築する構造物の設計計画を行うにあたっては、その岩盤の力学特性を把握することが極めて重要となる。岩盤の力学特性としては、例えば岩盤の応力状態や変形係数などが挙げられ、このうち岩盤の応力状態は、トンネルや大深度地下空洞を新設するための設計、あるいは想定以上の変状が見られる既設トンネルや経年劣化が顕著な老朽トンネルなどを補強するための設計にとって、不可欠な情報といえる。また、このような設計を行うにあたっては、応力のうち２次元の応力成分（例えば、ボーリング軸に直交する面内の成分）のみならず、３次元の応力成分（面内成分に加え、軸方向の成分）が必要とされる。
【０００３】
岩盤の応力状態を把握するには原位置試験、すなわち実際に現地で応力測定を行うのが一般的であり、特許文献１、２に示される「応力解放法」と、特許文献３に示される「水圧破砕法」に大別することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開昭６２－２２０８２３号公報
特開２００５－６９９３７号公報
特開昭６２－０５０５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献３に示されるような水圧破砕法は、地上からボーリング孔を設け、そのうち所定区間をパッカーで塞栓するとともに、この部分に対して水圧を与えることで人工亀裂を発生させ、水圧と亀裂の関係から岩盤の応力を求める手法である。このように水圧破砕法は、地上からのボーリング孔で応力を測定することができるものの、２次元の応力成分しか得ることができず、３次元の応力成分を把握するためには方向を変えて複数のボーリング孔を設ける必要がある。
【０００６】
一方、特許文献１や特許文献２に示されるような応力解放法は、オーバーコアリング前後の解放ひずみを一定時間連続計測することで岩盤の応力を求める手法である。以下、図２９を参照しながら、特許文献１に示される埋設ひずみ法の手順について説明する。まず、図２９（ａ）の初期状態に対して、図２９（ｂ）に示すように例えばφ４６ｍｍの径でパイロット孔ＰＨを削孔する。そして、図２９（ｃ）に示すようにパイロット孔ＰＨにひずみ計ＩＳを設置すると同時に、パイロット孔ＰＨとひずみ計ＩＳの間にグラウトＧＲを注入する。グラウトＧＲが硬化すると、例えばφ２００ｍｍの径でオーバーコアリングＯＣを行い、図２９（ｄ）に示す円柱の供試体ＳＰを取り出して、オーバーコアリング前後のひずみ計ＩＳの値を読み取る。この応力解放法では、３次元の応力成分を測定することができるものの、トンネル坑内からの水平ボーリング孔を利用する手法であり、地上からのボーリング孔で応力を測定することはできない。
【０００７】
従来の応力解放法は、オーバーコアリングした円柱供試体を「ひずみ計領域」と「コア岩盤領域」からなる２層構造モデルとしたうえで解析により応力を求めるか、あるいは別途感度試験を実施してグラウト層（接着領域）を含めたひずみ感度係数を求める手法であり、ひずみ計をコア岩盤に接着するためのグラウト層（接着領域）を考慮していない。そのため応力解放法によって初期応力を解析のみで求める場合には、十分な解析精度を得ることができなかった。さらに特許文献１に示される従来の応力解放法は、コア岩盤の径（円柱供試体の径）を無限遠として取り扱うため、オーバーコアリングが大孔径（通常φ２００ｍｍ程度）となり、したがって測定及び感度試験を行うには多大な労力と時間が強いられる。また、大孔径のオーバーコアリングが避けられないことから、大深度ボーリングやコントロールボーリングに適用することもできない。一方、特許文献２の応力解放法では、φ７６～８６ｍｍでのオーバーコアリングが可能であるが、孔内に湧水がある場合や多孔質岩盤では、ひずみ計ＩＳの接着作業が困難となって測定ができない場合がある等、現場の制約条件が伴う。
【０００８】
本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち、従来技術に比して小孔径でオーバーコアリングを行うとともに、特許文献１の従来手法による確実なグラウトによってひずみ計を埋設することで、高精度で初期応力を求めることができる初期応力算出プログラムと初期応力算出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明は、コア岩盤を有限位置として取り扱うことによって小孔径のオーバーコアリングを実現するとともに、円柱供試体を「ひずみ計領域」と「接着領域」、「コア岩盤領域」からなる３層構造モデルとしたうえで三次元解析を行う、という点に着目してなされたものであり、これまでにない発想に基づいて行われた発明である。
【００１０】
本願発明の初期応力算出プログラムは、オーバーコアリングによる応力解放法によって得られた測定ひずみに基づいて初期応力を求める機能を、コンピュータに実行させるプログラムであって、複素応力関数設定処理と応力算定式設定処理、解析ひずみ算定式設定処理、応力算出処理をコンピュータに実行させる機能を備えたものである。このうち複素応力関数設定処理では、ひずみ計領域と接着領域、コア岩盤領域、周辺岩盤領域の４領域ごとに、式Ｃ１で示す面内第１複素応力関数φ
ｉ
（ｚ）と面内第２複素応力関数ψ
ｉ
（ｚ）、面外複素応力関数χ
ｉ
（ｚ）を設定する。なお、これら面内第１複素応力関数φ
ｉ
（ｚ）と面内第２複素応力関数ψ
ｉ
（ｚ）、面外複素応力関数χ
ｉ
（ｚ）は初期応力に基づいて設定される関数である。また応力算定式設定処理では、面内第１複素応力関数φ
ｉ
（ｚ）に基づいて直応力σ
ｘ
を求める関数と、面内第２複素応力関数ψ
ｉ
（ｚ）に基づいて直応力σ
ｙ
を求める関数を、４領域ごとに式Ｃ２で設定するとともに、直応力σ
ｚ
を求める関数を４領域ごとに式Ｃ３で設定する。解析ひずみ算定式設定処理では、式Ｃ２と式Ｃ３によって得られる直応力に基づいて解析ひずみを求める関数を式Ｃ４で設定し、応力算出処理では、式Ｃ４の左辺が測定ひずみとなるように逆解析を行うことによって初期主応力を求める。
TIFF
2024168422000002.tif
36
170
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2024168422000003.tif
30
170
TIFF
2024168422000004.tif
55
170
TIFF
2024168422000005.tif
74
170
（【００１１】以降は省略されています）

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