西部の山岳交通路において、山岳トンネルは土石流の衝撃を受けやすく、出入口の明洞構造は特に損傷が著しい。しかし、土石流がトンネル明洞構造に及ぼす災害作用機構は明確でなく、その難点は土石流の流体力学的応答と明洞の固体損傷応答を調整して記述することである。これに対し、結合オイラー-ラグランジュ数値手法が開発され、ビンガムモデルを用いて土石流の流体力学的性質を、コンクリート塑性損傷モデルを用いて明洞構造の応力-ひずみ関係を記述した。福堂トンネル明洞被災の実際の事例をシミュレーションすることで、土石流衝撃下における明洞構造の変形および損傷の規則性を明らかにした。シミュレーション結果は、迎流面の衝撃合力が衝撃速度の2乗に比例し、明洞構造の損傷は衝撃合力が最大値に達する過程で主に形成されることを示した。最大変位位置は迎流側の側壁に現れ、覆工内面には軸方向の引張亀裂が生じ、外面には広範囲のはく落損傷が発生した。土石流衝撃速度および土石流降伏応力の上昇に伴い、明洞損傷は増加し、亀裂は斜めに流路断面外の領域まで伸展し、覆工の不安定破壊を引き起こす可能性がある。側面衝撃と比較して、アーチ衝撃は明洞損傷程度および衝撃速度に対する感度を大幅に低減できる。以上の結果は、中国のトンネル工事における土石流災害防止能力を向上させるために、土石流の発生位置および成分に関する現地調査を実施し、衝撃速度を低減する対策を講じ、トンネルと山体の空間的関係を設定して衝撃発生位置を誘導する必要があることを示している。

土石流;明洞トンネル;覆工損傷;CEL法;衝撃力