不連続面が多く存在する岩盤に空洞を掘削する場合には、不連続面に囲まれた岩盤ブロックの変形とともに、不連続面のすべりや開口変位を考慮する必要があります。このような問題に対しては、２次元個別要素法解析ソフトウェアUDECや、3次元個別要素法解析ソフトウェア3DECを用いた解析を提供します。いずれの解析でも、不連続面で囲まれたブロックは変形性を有しています。
解析例紹介：「UDECを用いた掘削解析」、「3DECを用いたキーブロックの解析」

UDECを用いた掘削解析

UDECの適用を最も印象づけるのは、Bartonらによる60mスパンの大空洞（アイスホッケーアリーナ）の掘削変形解析です（図1）この解析の特徴は、ボーリング調査、物理探査等の地質調査を建設予定地で実施し、調査結果に基づいて岩盤分類、節理の走向／傾斜、頻度、初期地圧、岩盤物性等の岩盤評価を実施して岩盤のモデル化を行い、解析を行ったことです。これを再現してみましょう。掘削は3段階とし、初期地圧は実測結果を用いています。岩塊ブロックの形状は任意の多角形で、節理の走向／傾斜を考慮して作成されました。掘削された空洞の内空変位は、岩塊ブロックの変形に節理のずれ変位が加わります。天盤部周辺は多くの節理が存在していますので、掘削の進行に伴い沈下が大きくなります、本事例は、このような岩盤の不連続な性質をよく表現しています。

３DECを用いたキーブロックの解析

3次元個別要素法解析ソフト３DECを使用して１つのキーブロックの崩落を再現する解析です。地下空洞は、縦41(m)、横26(m)の地下発電所の一部です。天盤部のキーブロックは高さがおよそ10(m)あり、３つの不連続面から構成されています。

岩盤は弾性体でモデル化しており、各ブロックで挟まれた領域は変形性を有しています。
初期応力解析によって静的平衡状態が得られた後、発電所空洞を掘削しました。３つの不連続面は、風化していると考えて、すべり摩擦角を5(度)に低下させています。空洞掘削後、天盤部からキーブロックが抜け落ちて落下していく様子が分かります。
このように、３DECを用いることで、不連続面を有する岩盤の変形挙動に加え、形成されたキーブロックの安定性も評価することができます。