岩盤フラクチャー内における流体流動挙動に関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11750806
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 村田 澄彦 京都大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30273478)
• Keywords: 岩盤フラクチャー / フラクタル / 流体流動 / チャンネルフロー

Research Abstract

フラクチャー内における流体の流動挙動,特にチャネルフローに見られる平面的な曲がりくねりを評価するための流動可視化実験に用いるフラクチャー試料の作成方法を確立し,実験のデザインを行った。また,数値シミュレーションを実施し,フラクチャー内における流体流動挙動を把握した。
流動可視化実験には,表面形状のフラクタルパラメータを任意に調製したフラクチャー試料が必要であるが,圧裂による人口フラクチャー面や現場から採取した天然のフラクチャー面では,フラクタルパラメータを任意に調製することは極めて困難である。そこで,任意のフラクタルパラメータを持つ不連続面を数値的に生成し,その数値データをNCタイプの表面切削装置を用いて切削材料に削り出すことで目的の表面形状を有するフラクチャー面を作成した。実験に用いる供試体は,さらに切削したフラクチャー面をシリコーンゴムで型取り,透明な樹脂で覆ったものを用いることとした。このようにすることで任意のフラクタルパラメータを有する透明な供試体を準備することができるようになった。また,シリコーンゴムを用いることにより流体の入口および出口となる供試体端面およびフラクチャーに沿う供試体側面における流体のシールとフラクチャーの開口幅および接触面積の変更が容易となった。
数値シミュレーションでは,数値的に生成した任意のフラクタルパラメータを有するフラクチャー面を2枚重ね,これらのフラクチャーが1点で接触している場合についてレイノルズの式を有限差分法等により解きフラクチャー面の流線をもとめ,2次元平面での流線の曲がりくねりを評価した。この結果,曲がりくねりにより流路の長さはフラクチャーの長さより約10%長くなることがわかった。