UDEC その2

UDEC に少し慣れてきました。

当初、GUI ベースで触っていたのですが、どうもプロンプトからコマンドを入力する方が軽くて速そうです。しかも、コマンドを TXT ファイルに書き込んでおけば、それを読み込むことでバッチ処理が可能です。計算させて、結果の数値や図をファイル出力するまで、すべて一発です。読み込む指示をしてやれば、風呂に入っている間にすべての作業が終わっていました。

まだまだプロに頼るレベルですが、操作の基本は理解できたと思います。

水平ボーリングですべり面判定

地すべりを貫くトンネルをいくつか扱っています。

ある現場では、地すべりブロックに関連するボーリングが20本程度あります。地元の地質屋さんが判定を行っていたのですが、再度、私もコアと観測結果を見て確認。同意できる点、同意できない点を話し合い、5時間かけて帰ってきました。

今日、そのすべり面を GEORAMA 2014 でモデル化していました（エンジンは 32bit のままのようで、ちょっとしたモデルでも、すぐにエラーを吐きます。相変わらずです）。

地すべり縦断、横断を複数見ながら、すべてのボーリングの入力結果を確認しました。結果は思ったほど誤っておらず、一部を除けば素直な面ができていました。
引っかかっていたのは水平ボーリング。どの方向に何mですべり面、という感覚をつかむのが難しいのでしょうね。浅いすべり面を深いすべり面と誤判定していました。可視化するとそこだけ不自然になるのでよく目立ちます。

また、考慮されていなかった別ブロックのすべり面が可視化され、その存在が浮き彫りになりました。扱うブロックが観察者の頭にあり、観察時にはそこに集中してしまいがちなので、それ以外の箇所は見えていなかったことになります。記載に偏りのできた（バイアスのかかった）柱状図ができてしまいますし、掘り足らずも発生します。ま、人が歩いて簡単に把握できるブロックの大きさはせいぜい200～300m程度だと思いますので、それ以上の大きさになると現地では把握し難いのでしょう。初期の机上調査が重要となります。

以前も書きましたが、3次元になると一気に頭がついて来なくなります。できているようで、できていない。PCの助けが必要となるのです。

掘削開放率

トンネルの掘削を2次元で計算する場合、掘削開放率が用いられます。

トンネル・ライブラリー24号に、その話も書かれていました。要点をまとめると、以下のようなことでしょう。

• 3次元の地山特性曲線を2次元平面ひずみ場で応力解法率として厳密に表現することは困難。そのため、着目点（先行変位か最終変位か、地表面沈下か天端沈下か）に応じて応力解法率を設定する必要あり。
• 3次元に一致する結果が得られる応力解法率は、掘削工程や物性値、土被りなど様々な影響を受ける。そのため、二次元解析は「目安」を得る手段であることに留意する必要あり。

このような細かい設定を考えるくらいなら、素直に3次元でモデル化する方が初心者向けだと思います。p184にも書かれていますが、3次元解析によって現象を理解できる経験・能力を得ることが必要でしょう。そうすることで、2次元モデルとして解析・評価する感覚が見につくのだと思います。この分野も、経験が物を言う世界なのです。

ところで、「カイホウ」という漢字は、「解放」「開放」のどちらが正しいのでしょうか？
応力なら解放率でしょうし、掘削なら開放率で良いと思いますが、どうなのでしょうね？

支保部材・補助工法のモデル化

2次元で支保部材、補助工法をどのようにモデル化するかが、以下に整理されていました。

土木学会「実務者のための山岳トンネルにおける地表面沈下の予測評価と合理的対策工の選定（トンネル・ライブラリー24号）」p149-151

過去のライブラリー2冊が整理され、表になっています。こういった表、欲しかったんですよね。

基本的には等価な剛性でモデル化するか、掘削解法率を低減するかだろうと思います。多いのは前者でしょうね。後者の場合、3次元解析との比較になりますが、そうであれば三次元の結果を見れば事が済みます。わざわざ次元を落として再確認する必要がありません。

ソリッド要素、トラス要素、ケーブル要素、ビーム要素、パイル要素の簡単な説明もあります。このあたり、私がよく知らないところです。構造物をよく扱う方は、こちらの方が詳しいのでしょう。どのソフトで、どの要素を実装しているのか、把握しておく必要もありますね。


お客様の中には、補助工法の効果を定量的に把握する手法がないと思われている（そのように説明を受けている）方がいらっしゃいます。解析的手法による結果と施工実績との対比が少ないためでしょうか、まだまだ通常の設計手法としては認知されていないようです。
現段階では、支保部材・補助工法のモデル化を含めた解析的手法の中身を基礎知識として押さえ、それを使った評価の検証を蓄積して行く必要があるということだと思います。

解析領域と地表面沈下

解析領域と地表面沈下の話がトンネル・ライブラリー24号に出ています。

モデルの中でトンネルを掘ると、ある程度のリバウンドが出ます。下方領域が大きいほどリバウンドが大きく出ます。そのため、地表面沈下を対象とした解析では、下方領域を小さ目にしないといけないという内容でした。トンネル・ライブラリー16号にも出ています。
http://phreeqc.blogspot.jp/2010/12/12.html

これ、沈下の計算でも同じことが言えますね。
通常の解析領域同様に下方領域を設定すると、盛土により岩盤が弾性変形し大きな沈下が生じてしまう、といった考えにくい現象です。土質定数の設定や事前調査にも問題があるわけですが、解析領域にも気を付けないといけないという点は上記のトンネルの場合と共通でしょう。

境界条件にも触れられています。
トンネルの場合は側方：水平ローラー、下方：固定境界として計算しているものが多いようです。JH等のマニュアルでそのように扱われていたからでしょうね。
先日、他社の解析屋さんに「なぜ下方は固定？」と問うと、やはり「一般的」「マニュアル通り」という答えが返ってきました。トンネル・ライブラリー24号p147に掲載されているような偏圧地形であるがなかろうが、「固定境界」としているようです。これ、地表面沈下を対象とする場合（下方領域を小さくとる場合）は注意が必要と明記されていますね。ま、答えを見たらダメかどうかはすぐにわかると思いますが。

ただし、次のようにも書かれています。

（下方を1D程度に抑えるのは）掘削による浮き上がりを抑制したいという解析者や設計者の意図が読み取れる。言い換えると、・・・自らその予測値を自分で与えたことに注意を喚起したい。

確かにそうです。下方領域=1Dを読んだときの違和感がこれでした。執筆者が熟練者のため、先のような記載になったのでしょう。正解に対する嗅覚（経験）が必要ということでしょうね。ベテラン技術者ほど数値解析を割り切って使っているというのはこういった点を指すのだと思います。

まだまだです。

被圧水の広がり

ボーリングで岩盤を掘削中、被圧水に遭遇したそうです。
その平面的な分布を知りたいとのことですが、これ難しいですよね。

岩盤の場合、小指の先ほどの水みちでも湧水が発生します。亀裂中のその部分だけで湧水することが、水みちの成因を分かりにくくしています。また、問題に応じたスケールの亀裂構造を把握できないと、水みちの分布域すら議論できなくなります。正攻法としては、見えない初期地圧に気を配って水理地質を構築していくしかないのですが、それでも正解にたどり着けることはまれでしょう。この問題に関し、現在の地質屋の解決力は、圧倒的に無力だと感じています。ま、地質は無関係といったレポートもありますし、仕方ないのかもしれません。

ダムの手法のように、孔を多く設けルジオンマップを作成する、あるいはそこから地球統計学を利用して水理モデルを作成するといった手法があります。地質屋からすると正攻法ではありませんが、全く理屈がわからないけれども現象を整理できる点で有用な手法です。以前も似たようなことを書きましたね。

現状、調査段階で被圧水の平面的な分布を知りたい場合、どの範囲で知りたいか（改良したいか）を最初に決め、その中でボーリングを均等に配置していくしか手はないでしょう。そこから、グラウト効果判定を兼ねて1次孔、2次孔と追加していくしかないと思います。地質屋が悩むことも必要ですが、合理性を追えば、この手になるでしょう。
そこまでお金をかけることが難しければ、できる範囲の孔数で掘削時の応答を把握する、孔間透水試験（パルス含む）や単孔式透水試験、ルジオン試験などで透水性を把握する、程度でしょうか。

いずれにしても、どうにかしたい問題です。

拡散二重層と膨潤

今月の地盤工学会誌に、拡散二重層の話が掲載されていました。

拡散二重層が、膨潤や二次圧密に強く影響するそうです。今まで、分子動力学シミュレーションで圧密を説明できるといわれた先生がいらっしゃいましたが、化学と工学（力学）を結び付けた話を聞いたのはそれ以来です。が、残念なことにその根拠は示されていませんでした。

少し調べてみると、講義資料でしょうか、同じ方の書かれた資料が公開されていました。
http://wwwgeo.civil.ibaraki.ac.jp/komine/EnvironmnetalGeotechnics/Chap03-04PDF.pdf

地層処分の分野で活用されているのでしょうか、今まで見たことがりませんでした。
面白そうですね。