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Numerical analysis is often used for examining underground excavations, especially under severe ground conditions where rock failure such as rockburst, swelling, or squeezing may occur. Perfectly plastic material models are most commonly used in determining rock failures around excavations even though most rocks exhibit brittle and softening behavior in their post-peak regime. In this study, brittle, less brittle and perfectly plastic materials are used in the finite difference study with plane strain condition to examine the effect of the brittleness on unstable failure during tunnel excavation. In addition, the influence of tunnel shape during unstable failure is also examined using the most brittle material characteristics. The major conclusions of this study include: (1) The failed area formed in the numerical model is dependent on the brittleness of the material. (2) Unstable failure such as rockburst can be examined using numerical measures including velocity, acceleration and excess energy in the numerical model. (3) Rectangular tunnel shapes lead to the largest releases of excess energy during unstable failure as compared to circular and horse-shoe shaped tunnels. 極端に悪い地山条件におけるトンネル掘削では, 数値解析による検討が行われる場合が多い. この数値解析では, 地山の破壊を考慮した検討が必要不可欠であるが, 多くの地山がポストピーク特性においてひずみ軟化を伴った脆性的な挙動を示すにも関わらず, 完全塑性体と仮定した数値解析モデルが多用されているのが現状である. 本研究では, ポストピーク特性においてひずみ軟化を示す数値解析モデルを用いて, トンネル掘削における地山の挙動を検討した. その結果, トンネル掘削の影響による破壊領域は, 完全塑性モデルを使った場合と比較してひずみ軟化モデルを使用した場合の方が大きく, その広がりは地山の脆性度に依存することが分かった. また, 山はねのような不安定な破壊に関して, ひずみ軟化モデルを使用することでそのメカニズムが検討できる可能性があること等が分かった. |
