岩盤力学の原理

土質工学と岩盤力学

岩盤の相互作用

① 岩盤構造② 原位置応力③ 岩盤中の水の流れ

インタクトな岩の変形性、強度、破壊

【一軸圧縮試験機全景 】 【供試体設置状況 】

【測定画面 】 【破壊状況】

ひずみゲージ

一軸圧縮試験では 一軸圧縮強度：UCS (MPa), ヤング率：E (MPa),

ポアソン比 ν (-)が得られる。

①Ｅs ： 割線ヤング率 (Secant Young’s modulus)

➁Ｅt ： 接線ヤング率 (Tangent Young’s modulus)

➂Ｅ50： 50％強度における接線ヤング率

Bedding down effect

一軸圧縮強度

�（ひずみ）

σ（応力）

脆性破壊と延性破壊

Peak Strength

（最大強度）

Yeild Stress

（降伏応力）

ひずみ軟化 ひずみ硬化

岩の強度と変形性

地表近く ・・・ 岩盤の構造条件、風化の程度深部 ・・・ 空洞周辺の応力状態、岩盤の応答、岩の強度/変形性

ＩＳＲＭ指針

①端面効果(End Effect)

②形状効果(Shape Effect)直径一定のもとで

H/Dを変形させる

③寸法効果(Size Effect)

H/D=一定で直径/高さを変化

④ Bedding down effect

�� 大

�� 小

（載荷板）

（供試体）

① H/D = 2 : 1 or more

② 0.02 mm以内の平滑度③平行度は50 mm径に対して0.05 mm以内

Influence of strain

ISRM(1979)Loading rate 0.5 mMPa/s 準静的裁荷

応力制御↓

ひずみ制御 10�� - 10� / s

static dynamic

10� ⇒ 10��/s UCSが2倍

＜アクチュエーター＞計測値と設定値が1/5,000 s回にわたって電子的に比較→ 試験変数（力、圧力、変位ひずみ）

↓

閉回路式サーボ

サーボバブルで油圧装置をコントロール↓

Post-peakの挙動を的確に把握

制御変数の正しい選択が必要＜力が変位＞

UCS

残留強度

サーボコントロール式試験機

サーボコントロールとは

各種岩石の一軸圧縮強度

泥岩 砂岩 石灰岩 花崗岩 粗粒玄武岩 珪岩0

100

200

強度σ

c（

MP

a）

300

その他の強度試験

・圧裂引張試験（Brazilian Test）

岩石 d

b

�: � = 1: 1

�� =2�

���

P

圧裂引張強度

引張応力

・点載荷試験（Point load Test）

P

D

経験値�� = 20~24��

�� = 14 + 0.175! ��

�� =�

!�点載荷強度

Point load Index

�� �" = # × ��

# =!

50

".�

補正係数

��補正ISRM指針

・Schmidt Hammer Test（シュミット・ハンマー試験）

Schmidt hammer rebound number

圧裂引張試験

岩石の力学的性質

脆性材料：固くても脆い材料

一軸圧縮強度により分類すると：

一軸圧縮強度σcと一軸引張強度σ

tとの関係：

σc

/ σt（脆性度）： 8〜25

軟岩 ：1〜25 MPa

中硬岩 ：25〜100 MPa

硬岩 ：100 MPa以上

一軸圧縮 一軸引張

引張強度は圧縮強度より一桁小さい。

（対語：延性材料）

（ISRM, 1979）

せん断試験

不連続面の充填物、表面の性質、連続性

τ =S

A

a =N

A

せん断荷重

垂直荷重

モール・クーロンの破壊基準

c

σ: 100 τ: 10

σ: 200 τ: 15

τ

σ

高い垂直応力

低い垂直応力

中程度A

a

τ不連続面のモデル

三軸圧縮試験