岩盤内の亀裂の低速伸長現象に関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10305075
• Research Institution: HOKKAIDO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 中島 厳 北海道大学, 大学院・工学研究所, 教授 (50001243)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平島 剛 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00175556) ; 金子 勝比古 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20128268) ; 恒川 昌美 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40002026) ; 広吉 直樹 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50250486) ; 米田 哲朗 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00002056)
• Keywords: 岩石 / 亀裂 / 低速伸長 / 岩盤 / 風化 / 透水性 / 長期強度

Research Abstract

本研究では,岩石風化の鉱物学的・物理化学的分析,岩石微視亀裂分布の評価法,岩石亀裂進展の実験と解析などの一連の基礎研究を実施し,岩盤における亀裂伸長現象について考察を加えた。得られた成果をまとめると以下のようである。
(1)XRD分析およびATEM分析により,鉱物学的観点から岩石風化を定量評価する方法を開発するとともに,本手法をハイアロクラサイトおよび花崗岩に適用し,風化生成鉱物である粘土鉱物の性質と生成環境を明らかにした。
(2)鉱物変質に関する物理化学的アプローチとして,硫酸溶液中の黄銅鉱の溶脱を例に取り,銅イオン侵出機構を熱力学に解明した。
(3)岩石風化の素因である岩石の微視亀裂と透水性に着目し,微視亀裂分布の評価法を開発するとともに,微視亀裂分布と透水性との関係を理論的・実験的に明らかにした。また,これら微視スケールの法則を岩盤へ適用するために,岩石・岩盤の亀裂分布のスケール依存性も合わせて分析している。
(4)X線CT法により,岩石における亀裂進展現象のその場観察を行い,亀裂進展に伴う応力再配分の特異性を明らかにした。また,破壊力学に基づく数値解析により,岩石強度の載荷速度依存性は,微視的強度分布と亀裂成長プロセスに密接に関係することを明らかにした。
(5)豊浜トンネル坑口付近で発生した大規模岩盤崩落のメカニズムを分析した。まず,当地域のスメクタイトの性状を分析し,スメクタイトの存在が岩盤の亀裂低速伸長の一要因であることを指摘した。また,破壊力学に基づいて,当現場の岩盤における亀裂進展現象を理論定式化し,岩盤崩落のメカニズムを明らかにした。

Research Products

• [Publications] K. Koike: "Characterization and Modeling of Fracture Distribution in Rock Mass using Fractal Theory"Geothermal Sci . & Tech.. 6. 43-62 (1999)
• [Publications] A. Hirata: "Measurement of growth of tension crack by X-ray computed tomography"Proc. 2nd Joint Symp. Korea-Japan. 1. 587-592 (1999)
• [Publications] M. Kato: "3 dim distribution of microcrack orientation and its quantitative relation"Proc. Int. WS on the application of Geophys.. 1. 32-44 (1999)
• [Publications] T. Yoneda: "Compositional variation of clay minerals in two Kurobo-type deposit, Japan"the Caradian J. of Soi I Soi. 82・3. 152-161 (1999)
• [Publications] 加藤昌治: "岩石の動的強度に関する一考察"火薬学会誌. 60・5. 240-249 (1999)
• [Publications] 米田哲朗: "北海道積丹半島豊浜トンネル付近の水冷火砕岩に達する24のタイト"粘土科学. 39・2. 82-94 (1999)