2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of a Vessel for Triaxial Compression Test of Rock under Ultra-low Temperatures
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17K06551
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
鴨志田 直人 岩手大学, 理工学部, 助教 (00400177)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 凍結岩石 / 三軸圧縮試験 / 極低温下 / 破壊包絡線 / 強度定数 / 液化天然ガス（LNG） / 岩盤内貯蔵 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
極低温液化燃料の岩盤内貯蔵方式の設計・施工で実施される空洞周辺岩盤の熱応力解析では，水や氷が内在する岩盤の破壊包絡線または強度定数（粘着力・内部摩擦角）を把握する必要がある。しかし，国内・国外を問わず極低温下（-196℃程度）までの温度範囲における破壊包絡線または強度定数を報告した例は見当たらない。そこで本研究課題では，極低温環境下でも実験可能な岩石用三軸圧縮試験装置の開発を行い，さらに，-170℃における飽和含水岩石の三軸圧縮試験を実施し，凍結岩石の破壊包絡線・強度定数の温度依存性を検討することを目的とする。
本研究の実施計画は，(1)岩石用極低温三軸圧力室の設計・製作，(2)岩石用極低温三軸試験装置の実証試験，(3)極低温環境下における飽和含水岩石の三軸圧縮試験の3項目から成る。本研究課題で開発する三軸圧力室の特徴は，極低温状態を保持したまま三軸圧縮試験を実施するための仕組みを簡潔にするため，側圧を載荷後に圧力発生装置と三軸圧力室とを切り離し，三軸圧力室を液体窒素の入った恒温槽に入れる方法を採用したことにある。
平成30年度は平成29年度に引き続き（1)について実施した。はじめに，昨年度詳細設計を終えた三軸圧縮室の部品加工と組立を行い，次に，組立てた三軸圧力室に対して，室温下でのセル圧載荷性能評価を実施した。その結果，設計仕様の圧力（20MPa）までセル圧を載荷することができなかった。その原因について検討したところ，パッキン・ガスケット部などからの液体圧力媒体の漏れは見られなかったことから，三軸圧力室に液体圧力媒体を充填する際の空気抜きの仕組み，または，作業手順に問題があることが示唆された。また，本年度は新たに三軸圧力室を－170℃に冷却保持するための冷却装置について詳細設計を終えた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
平成30年度は，(2)岩石用極低温三軸試験装置の実証試験を計画していた。しかしながら，部品加工に当初の計画以上に時間を費やしたため，三軸圧力室の組み立てが遅れた。また，組み立てた三軸圧力室のセル圧載荷性能評価を実施したところ，設計仕様の20MPaまでセル圧を載荷することができなかった。これについては，現在，問題点を検証しているところである。さらに，三軸圧力室を冷却するための冷却装置についても，詳細設計に時間が掛かってしまい，こちらも製作を終えることができていない。以上の理由により，実際の岩石を用いて極低温下（－170℃）における三軸圧縮試験を実施し，実用化に向けての問題点の検証とその改善を行うことはできなかった。したがって，本研究課題の達成度は遅れていると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題は，(1)岩石用極低温三軸圧力室の設計・製作，(2)岩石用極低温三軸試験装置の実証試験，(3)極低温環境下における飽和含水岩石の三軸圧縮試験の3項目から成る。
2019年度（最終年度）は，(1) のセル圧載荷性能評価において問題が生じた原因について，早急に検討・改善を施した後，(2)に関して，本研究課題で新たに開発する岩石用極低温三軸圧縮試験装置の実証試験を行う計画である。さらに(3)に関して，極低温環境下における飽和含水岩石の三軸圧縮試験を実施し，－170℃における飽和含水岩石の破壊包絡線・強度定数（粘着力・内部摩擦角）の温度依存性を明らかにする計画である。具体的には，本研究課題では新たに開発する岩石用極低温三軸圧縮試験装置を用いて－170℃における岩石の非圧密非排水三軸圧縮試験を行い，岩石の破壊包絡線（強度定数）を求める。さらに，本研究で得られるモールの応力円と研究代表者が過去に実施した直接一面せん断試験より得られたクーロンの破壊基準（鴨志田ら，Journal of MMIJ, 2015）とを比較検討し，－170℃における飽和含水岩石の破壊包絡線・強度定数（粘着力・内部摩擦角）の温度依存性を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
新規開発する極低温三軸圧力室（最大セル圧20MPa，最低試験温度－170℃）の製作で必要となる部品の材料費を物品費として，その加工費（製作依頼料金）をその他として支出を計画していたが，研究課題の進捗が遅れており，それらの項目に関しては一部支出できていない。さらに，液体圧力媒体に採用する工業用・船舶用の高級潤滑油の価格が当初の計画より高価であったため，実際の購入時には当初の予算を超過することが懸念されたので，旅費の支出を一部取りやめた。
次年度では，昨年度実施できなかった極低温三軸圧力室と冷却装置の製作で必要となる部品の材料費と加工費（製作依頼料金）と，液体圧力媒体の購入を計画している。
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