フラクタル幾何学を用いた新しい岩石破壊力学の構築に関する総合的研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04305001
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 高橋 秀明 東北大学, 工学部, 教授 (10005267)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高安 秀樹 東北大学, 大学院情報科学研究科, 教授 (00183062) ; 伊藤 敬祐 東北大学, 神戸大学・理学部, 教授 (00030792) ; 橋田 俊之 東北大学, 工学部, 助教授 (40180814) ; 松木 浩二 東北大学, 工学部, 教授 (10108475) ; 阿部 博之 東北大学, 工学部, 教授 (00005266)
• Keywords: 破壊 / フラクタル / 地下き裂群 / 数値シミュレーション / 岩石

Research Abstract

本研究は、理学の分野で地球科学への応用として試みられてきたフラクタル幾何学の破壊現象への応用と工学の分野で地熱開発への応用を目指して整備されてきた岩石破壊力学を融合させ、新しい岩盤の破壊現象を取り扱う学問分野の基礎を構築することを目的とする。
研究課題ごとに本年度の研究実績の概要を以下にまとめる。
(1)フラクタル幾何学と地下き裂の三次元モデルとその画像化
昨年度に構築された三次元フラクタルき裂群モデルを用いて、地熱貯留層からの熱抽出特性の評価を行った。この結果、地熱貯留層からの熱抽出量の経時変化が、貯留層規模および貯留層内のき裂密度の関数として予測できるようになった。さらに、熱抽出におよぼすき裂密度の影響を詳しく検討するために貯留層内の任意の断面での温度分布の変化をコンピューターのディスプレイに表示させる技術を開発し、地熱貯留層からの熱抽出におけるき裂群の重要性を明らかにした。
(2)岩石の引張軟化則とフラクタル破壊モデル
(3)AE計測によるフラクタル破壊モデルの検証
これらの研究課題についてはお互いに密接に関連しているため会わせて研究を実施した。昨年度の平面格子モデルを格子のモーメントをも考慮したモデルに改良し、本年度はCT試験片モデルを用いて岩石破壊の数値シミュレーションを実施した。また、併せて数種の岩石を用いて岩石破壊実験も行った。AEの放出挙動および破断後のき裂の形状等の観測の結果、数値モデルと実際の実験でよい一致を示し、岩石破壊モデルとしてフラクタル格子モデルが有効であることが示唆された。

Research Products

• [Publications] K.Watanabe and H.Takahashi: "A Model Analysis of Long-term performance of Hot Dry Rock Geothermal Energy Extraction System" Proceeding of the JSME-ASME International Conference on Power Engineering '93. 1. 453-458 (1993)
• [Publications] K.Watanabe and H.Takahashi: "Parametric Study of the Energy Extraction from Hot Dry Rock Based on Fractal Fracture Network Model" Geothermics. (未定). (1994)
• [Publications] 樋村直人、佐藤一志、高橋秀明: "準脆性材料の破壊の数値シミュレーションとAE放出挙動のフラクタル性" 機械学会論文集. (未定). (1994)