岩石の内部構造に依存した亀裂の進展性と風化に関する研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455486
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 松井 紀久男 九州大学, 工学部, 教授 (30136535)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 一ノ瀬 政友 九州大学, 工学部, 助手 (50038006) ; 島田 英樹 九州大学, 工学部, 助教授 (70253490)
• Keywords: 岩石の強度特性 / 岩石の風化 / 岩石の内部構造 / スレ-キング / 亀裂の進展性 / 破壊靱性 / 岩石衝撃硬度数 / AEの適用

Research Abstract

岩石風化のメカニズムの解明や風化の程度の評価を目的として、まず、乾湿作用の繰返しに伴う岩石の内部構造(特に空隙、クラック)の変化に着目し、乾湿繰返しに伴う岩石の強度特性および細粒化(スレ-キング)進展過程について検討した。その結果、乾湿の繰返しによって岩石内部の小さな空隙はより大きな空隙へ成長することが認められたため、この空隙が弱面となって破断面が形成され易くなり、強度の低下や細粒化が発生するものと思われる。また、この細粒化(スレ-キング)現象に影響を及ぼす要因について、乾燥温度、吸水率、サイクル数をパラメータとして検討した。すなわち、スレ-キング試験の破砕産物の粒径加積曲線から得られる50%径、2mm通過率、均等係数、残留率差の絶対値の総和および比表面積の変化率から影響要因を総括的に比較した結果、細粒化現象は、吸水率変化が大きいほど顕著に認められ、乾燥温度の影響はほとんど無いことが分かった。さらに、細粒化の定量的な評価法のひとつとして、比表面積の変化率を用いる方法が優れることが分かった。
次に、上記とは別に亀裂の進展性を評価するために、破壊靭性試験、衝撃破砕試験等を行い、岩石の力学特性や破砕性を評価する衝撃硬度数RIHN及び内部構造や構成鉱物を表すインデックスの亀裂の進展性評価への適用性について検討した。その結果、破砕性(RIHN)及び含有石英の平均粒径と破壊靭性値には良い相関が認められたため、内部構造や破砕性が亀裂の進展過程に影響を及ぼしていることは明らかである。また、亀裂の進展性のAEによる把握を検討するために、破壊靭性値を算出するための切り欠き長さをAEを用いて予測した。その結果、AEを用いて算出した破壊靭性値と通常用いられている除荷コンプライアンス法により算出された破壊靭性値に極めて良い一致が認められたので、AEを用いて室内風化試験における亀裂の発生、進展状況が明確にできることが分かった。

Research Products

• [Publications] Herryal Z.ANWAR: "Influence of porosity on the absorption of moisture of sandstone and siltstone" Proc.of First Asian Rock Mechanics Sympo. on Environmental and Safety Concerns in Underground Construction. Vol:1. 367-370 (1997)
• [Publications] Kikuo MATSUI: "Control of Hard-to-Collapse Massive Roofs in Longwall Face Using Hydraulic Fracturing Technique" Proc.of 17th Int.Conf.on Ground Control in Mining. (受理済). (1998)