現位置岩盤内人工亀裂の開口変位計測システムの開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09555321
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 水田 義明 山口大学, 工学部, 教授 (20107733)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山口 勉 資源環境技術総合研究所, 地殻工学部, 地殻エネルギー研究室長 ; 大西 康智 山口大学, 工学部, 助手 (00274184) ; 石田 毅 山口大学, 工学部, 教授 (10232307)
• Keywords: 神岡鉱山 / 坑内計測 / 注水実験 / メタルパッカー / 亀裂開口変位 / 岩盤表面変位 / 数値シミュレーション / 3次元境界要素法

Research Abstract

水圧破砕で造成された亀裂に直交する方向の地圧の大きさを推定する方法として、シャットインプレッシャーから求める方法が良く知られており、その解析法としてMaskut法(Maskut、1937)やHayashi&Haimson法(Hayashi et al.,1991)などが提案されている。しかし、これらの方法によっても必ずしも明瞭なシャットインプレッシャーが得られるとは限らない。
現位置実験において、亀裂再開口時のシャットイン状態における開口亀裂の挙動を直接に計測できるならば、シャットインプレッシャーの値をより正確に評価できると考えられている。しかし、一般にこれまでの水圧破砕実験は注水圧と亀裂の進展方向より岩盤内応力の方向や大きさを調べるために実施されており、造成された亀裂の挙動および亀裂の開口幅を直接に測定した事例は少ない。
そこで、本研究では、直接計測が困難である亀裂開口幅を計測する方法として、亀裂開口変位計測型パッカーであるラバーシールパッカーおよびメタルシールパッカーを製作し、すでに神岡鉱山の坑内において、水圧破砕で造成されている亀裂を対象として1998年に亀裂再開口変位計測とそれに伴う岩盤表面変位分布計測を行う実験を実施した。その結果、開口変位計測型パッカーでの亀裂再開口挙動の直接的な計測が可能であることが明らかになった。一方、注水実験のシミュレーションを準3次元非定常流れの有限要素法解析と岩盤弾性の3次元境界要素法解析を用いて実施し、解析から得られた亀裂の開口変位や岩盤表面の変位分布が現位置計測結果に近いものであることを確かめた。
また、シャットインプレッシャーに関して、Maskut法およびHayashi&Haimson法により解析的に求められた値と計測された亀裂開口変位の挙動との関係を検討した。その結果、開口亀裂の閉塞挙動は両解析法と良く一致する結果が得られた。

Research Products

• [Publications] 水田義明、栗山憲、ブディ スリスティアント、劉承論: "地層科学研究における3次元境界要素法解析"境界要素法論文集. Vol.14. 105-110 (1997)
• [Publications] Y.Mizuta et al: "Studies in relation to Hydraulic Fracturing Experiments Carried out in Kamioka Mine"Geothermal Science and Technology. Vol.6. 281-297 (1999)
• [Publications] 劉承論、水田義明、栗山憲: "Kelvin解による3次元仮想応力法中の解析積分について"資源と素材. 115巻10号. 719-724 (1999)
• [Publications] 竹原孝、山口勉、水田義明、成田孝、石原治幸: "水圧破砕時の人工亀裂開口変位とシャットインプレッシャーとの関係について"資源と素材. (2000)