2015 Fiscal Year Annual Research Report
地震等の動的外力に着目したデコルマの形成メカニズムに関する研究
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15J08249
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
栗本 悠平 名古屋工業大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2017-03-31
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| Keywords | デコルマ / プロトデコルマ / 帯磁率異方性 / 動的荷重 / プレート沈み込み運動 / 数値実験 / 軟岩 / 粘土 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プレート境界断層浅部の初期形成時の基礎的な力学特性を理解する第一歩として、平成27年度では、室内要素試験と数値実験を実施した。
室内要素試験では、陸起源の海洋堆積物を模擬した再構成の藤森粘土を用いて、K0条件下での静的・動的載荷試験を実施した。なかでも、南海トラフのデコルマ（高密度化＋ランダム組織）の初期形成に最も影響を与える外力を割り出すために、動的荷重を受ける藤森粘土の変形特性と載荷前後の粒子配列および内部組織の変化に着目した。その結果、動的荷重の振幅が大きく振動回数が多いほど、大圧縮を引き起こす可能性が高いことが分かった。一方、内部組織に着目すると、粘土鉱物自体の定向配列は認められるものの、砂粒子同士の間隙にそれらが入り込み、全体としてはランダムな配列傾向にある可能性が示唆された。また、当初の研究計画に加えて、三重県産の自然堆積粘土を用いて、K0および等方応力条件下で同様の載荷試験を実施した。その結果、自然堆積粘土は等方応力条件下で動的載荷を受けると、塑性変形を生じるが、載荷前後において粒子配列はほとんど変化しないことが明らかとなった。
数値実験では、南海トラフの海底岩盤をモデル化し、弾塑性構成則に基づく二次元有限変形FEM解析を用いて、地震等の動的外力とプレート沈み込み運動に伴う海底岩盤のせん断および圧縮変形を時系列に沿って再現した。この数値実験により、室内要素試験のみでは解釈しきれないデコルマの初期形成メカニズムの解明を試みた。その結果、動的荷重が海底岩盤に作用すると、プロトデコルマは粒子配列を維持したまま大圧縮する挙動を示し、デコルマ初期形成の主因として、地震等の瞬間的な動的荷重がその一つである可能性を示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
陸起源の海洋堆積物を模擬した藤森粘土を用いた静的・動的載荷試験の結果より、プレート境界断層であるデコルマの初期形成には、地震等の動的外力の中でも振幅と振動回数が影響を与えることを明らかにした。また、当初の研究計画に加えて、三重県産の自然堆積粘土を用いた載荷試験も実施し、上記の載荷試験から得られた結果の信頼性を客観的に高めただけでなく、等方応力条件下での動的荷重もデコルマの形成要因である可能性を示した。
デコルマの特性を統一的に解釈するには、室内要素試験のみの議論では不充分であり、数百年から数万年の期間における海洋プレートの沈み込み過程で発生する応力・水圧の変動と有限変形を境界値問題として考慮する必要がある。そこで、デコルマの形成メカニズムを数値実験で検討した。その結果、地震等の瞬間的な動的荷重がデコルマの初期形成要因である可能性を示し、プレート沈み込み運動で発生する静的荷重は排除できることを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの成果を基に、既に入手している海洋堆積物サンプルを用いた室内要素試験を実施し、種々の外力を与えることでデコルマの形成要因を調査する。すなわち、デコルマの基礎的な力学特性を把握し、その形成に最も影響を与える外力の特性（例えば、初期圧密応力、振幅、周波数、振動回数）を巨視的力学特性と微視的内部組織の両面から定量的・定性的に評価する。
数値実験では、プロトデコルマについて仮想的な材料パラメータを用いていることに加え、海底岩盤の材料特性である不飽和の影響や温度・化学特性を考慮していない。そこで、プレート境界断層浅部の材料特性、特に温度、飽和・不飽和の影響を要素レベルで緻密に評価できる構成則の提案とFEM解析への導入を目指し、より定量的にデコルマ形成メカニズムの解明を試みる。
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