洞窟が崩れないのはなぜ？

世界中に有名な洞窟ってありますよね。

私も行った事のある、山口県の秋芳洞が日本では一番有名でしょうか？

不思議に思うのですが、これらの洞窟って周りからの圧力で崩れないのは、どんな理由からですか？

考えれば、トンネルや炭鉱を掘る場合、よく落盤事故とかでトンネルそのものが崩落する事故ってありますよね？　これは周辺からの圧力が原因と思うのですが　・・・

崩落しない洞窟って岩盤で固いからでしょうか？

その場合なんですが、昔ＳＦ映画で見たシーンなんですが、地下深く潜る機械に乗って進んで行くと、地下数千ｍも深い所に急に大きな洞窟が登場したりします。　

こんな地中の洞窟ってあり得るでしょうか？

No.1 ベストアンサー 回答者： rimurokku 回答日時： 2007/11/06 12:19

一枚岩や固い岩盤が天井になって空洞を支えている洞窟を除き、通常の空間形状は円筒に近い形になっています。

特に崩落しやすい天井部分は、いわゆるアーチ型で安定しています。
回りを取り囲む地盤が軟弱で形状を保つことが出来ない物で無い限り、回りから押される力を全体に分散し、お互いの地盤同士が支え合える円形の一部分が天井に成っている形がアーチ型です。

秋芳洞の様な空洞は、太古の昔に堆積した石灰質が固まり、大きな石灰岩の固まりに成ったところが水で浸食され、溶け出して空洞が出来、その石灰水がまた固まってアーチ型関係なく複雑な空間でも安定していますが、それでも大きな空間に成りすぎた場合不安定な形状部分は崩壊し、最終的にはアーチ型で安定するはずです。

地下深いところの空間も、回りの岩盤がお互いの力を分散しあい、その圧力に耐えることが出来る地質で有れば、相当大きな空間が出来ることも考えられます。
但しＳＦ映画はあくまでも空想の世界であり、理論を度外視した大きな空間は無理でしょう。

この回答へのお礼

有難うございました。
なるほど、崩れない洞窟の天井はドーム型になっていて、圧力が分散するようになっているんですね。
逆に炭鉱のトンネルが支えが無いと崩落するのは、トンネル自体が四角になっているのが原因なんでしょうね。
という事は、現実的ではないですが、例えば炭鉱を掘り進んで行く時、天井を丸くすると崩落し難いという事になるんでしょうか。

お礼日時：2007/11/06 14:24

No.4 回答者： TXV12003 回答日時： 2007/11/07 13:06

砂遊びで、トンネルを作ったことがあれば分かると思いますが、

穴の高さと横の比率、また穴の形状によって、穴の上から掛かる重さが左右に分散されて空間を保つことが出来ます。当然穴の巾を大きくしてしまうと、保てません。
また、周囲の材質も重要で、堅い材質ほど大きな穴を掘れます。
日本古来の掘り方で、観音掘りという掘り方があります。アイロンを裏側から見たような形の穴を掘って、上からの圧力をうまく左右に分散させる掘り方です。

秋吉台のカルスト台地自体、石灰岩で出来た巨大な一つの岩ですので、
鍾乳洞自体が岩を穿って出来た穴です。秋芳洞など、大きな洞窟も出来ます。

また、自然の洞窟は、今まで崩れなかったものが残っているだけなので、洞窟が崩れないのは当たり前です。（何万年も崩れなかった実績のあるものが、今日になって急に崩れるはずはない）

ところで、地下数千ｍと言えば、超高圧の世界です。人間が作れるどんな空洞物体も、押しつぶされてしまうでしょう。空気が存在できるような空洞は存在できません。

この回答へのお礼

有難うございました。
なるほど、砂遊びを例に考えると分かりやすいですね。　小さい頃、よく遊びましたので実感があります。　
ＳＦ映画、たとえばジュールベルヌの地底大探検もそうですが、地下を探検していって、地中に大きな空洞というか空間があったり、海があったりするシーンがありますが、現実はあり得ない世界のようですね。　だからＳＦと言うと思いますが。

お礼日時：2007/11/07 14:21

No.3 回答者： usokoku 回答日時： 2007/11/06 16:17

炭坑等の場合には、地形によっては、地盤沈下が激しいです。

極端な場合、朝背丈ぼとあった場所が夕方にははって進むのがやっとこ、なんて場合も有りました。
このような狭い穴はかっては、児童程度の年齢の人物が採掘にあたり、石炭を穴から出すと食料を渡す、出さなければ食料を渡さない。そのうち穴から石炭を出せなくなって坑道ないで餓死とか、狭いところに挟まって動けなくなって餓死とか。
夕張とかあっちこっちの採炭地の戦前の労働条件を白へ゛てください。

穴はつぶれるのが普通です。何かの条件で運良くつぶれなくて、機械的強度が合って空間が確保されている場合が多いです。

この回答へのお礼

有難うございました。
昔、炭鉱をテーマにした映画を見た記憶があるのですが、いつ天井が崩れるか分からない危険な穴倉で、顔を石炭で真っ黒にした炭鉱夫たちの苦労が描かれていました。
大変な職場だったんでしょうね。

お礼日時：2007/11/07 11:12

No.2 回答者： rimurokku 回答日時： 2007/11/06 15:37

>逆に炭鉱のトンネルが支えが無いと崩落するのは、トンネル自体が四角になっているのが原因なんでしょうね。

崩落に対する回答が無かったですね。
勿論トンネルなどの掘削は円筒状に掘って行きます。
最近の大きなトンネルも全体の形状は円筒形になっており、下の部分だけ平らに埋め戻すか、他の事に（避難路や排水路等）使っているので、外から見える部分は半円形に見えているだけです。
しかし前にも書きましたが、アーチの特徴は地盤の材質がお互いを支え合える強度が有ることが前提です。
アーチの一部に自らの形状を保つことが出来ない柔らかさが有れば、他の圧力に負けて変形し、アーチ型を保つことが出来なくなります。
そのために、地盤の強度が保証されないトンネルの掘削は、掘り進むと同時にコンクリートで固めて補強しています。
目的の鉱物だけを取り出す為に掘り進む炭鉱等は、比較的地盤が安定しており、必ずしも円筒状に掘り進むとは限りませんが、それでも天井部分はアーチ型に掘るのが基本です。
勿論軟弱な状態の部分だけ枠などで補給しながら掘り進むようですが、時として思わぬ水などの湧出で部分的に地盤が崩され、落盤などの不幸な事故が起きるようです。

この回答へのお礼

再度のお答え、有難うございました。
なるほど、炭鉱も基本的には円形に掘り進んでいくんですねえ。
科学とは無縁の昔の人も、アーチ状が一番安定していると経験で知っていたんでしょうね。　勉強になりました。

お礼日時：2007/11/07 11:05