2021 Fiscal Year Research-status Report
地震動はマグマからの脱ガスと減圧発泡を促進するか？：実験による検証
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18K03800
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
隅田 育郎 金沢大学, 地球社会基盤学系, 准教授 (90334747)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 粉粒体 / 液状化 / ダイラタンシー / 間隙水圧 / 全圧 / マグマ / 空振 / レオロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は（１）水平・鉛直振動下における水に浸した粉粒体の間隙水圧と全圧の同時測定、（２）マグマからの脱ガスに伴う空振励起のモデル実験と解析をまとめた論文の公表、の２つを行った。
（１）地震中及びその後に地下水位が上昇または下降することが観測から知られている。しかし、そのメカニズムの詳細、上昇及び下降が起きるための条件については十分に分かっていない。今年度はこの問いに答えるための実験と解析を行った。実験では水に浸した粉粒体を水平及び鉛直方向に振動し、間隙水圧と全圧の同時測定を行った。実験の結果、臨界加速度Γｃを超過すると間隙水圧が振動により変化することが分かった。Γｃは粉粒体の充填率Φと伴に増加する。そして、Φ < 0.6の場合は間隙水圧は振動前よりも大きい値（正圧）になり、Φ> 0,6の場合は振動前よりも小さい値（負圧）になることが分かった。ゆるい（密）な砂をせん断すると圧密（ダイラタンシー）、間隙水圧の上昇（下降）が起きることは、土質力学で良く知られている。本研究により振動実験においても同様の現象が起きることが判明し、その振動とΦの条件を定量化することが出来た。さらに鉛直振動よりも、水平振動の方が圧密が進行し、正圧が発生し易くなることが分かった。加えて、間隙水圧だけでなく全圧も測定することにより、負圧発生によりダイラタンシー硬化が起きていることも実測できた。
（２）本研究の主要な成果は粒子を含む粘性流体中を上昇し、流体表面で破裂する気泡が励起する空振メカニズムを粒子体積分率Φと気泡体積Vにどのように依存しているかを解明し、その物理を説明したことにある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
（１）本実験では昨年度作成した円筒型セルの底面に圧力と間隙水圧センサーペアを設置した。そして水に浸した粒径50ミクロンのガラスビーズをセルに入れ、振動による圧力変化を測定し、２台の高速カメラを使って粉粒体の挙動を記録した。実験は20 Hzの水平及び鉛直振動下で一定加速度を10秒間加えた後、3分間静止させる実験を繰り返した。振動を10秒間加える毎に、粉粒体層は圧密し、充填率Φが大きくなる。よって本実のパラメータは加速度（無次元するとΓ（加速度/重力加速度））とΦである。これら２つのパラメータを幅広く変えて、間隙水圧が減少及び増加するΓとΦの条件を求めた。本実験では、圧力センサーを金属メッシュで覆って間隙水圧を測定する方法を採用した。本測定方法を確立すること、また精密な圧力キャリブレーションを行うことに時間を要した。
（２）空振励起に関する実験と解析を行った論文の改訂作業を行った。論文は受理され、７月に公表された。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度行った振動下における水に浸した粉粒体底面の間隙水圧と圧力の測定実験は１種の粒径でのみでしか行っていない。間隙水圧の大きさは粉粒体の粒径にも依存することが予想されるが、実験データがないため、スケーリング則を求めるに至っていない。加えて、間隙水圧の大きさとその緩和過程は、液体の粘性率にも依存することが予想される。そこで今年度は粒径、液体粘性率を変えた実験を卒業研究として行う。また間隙水圧が上昇、下降するに伴い、粒同士の接し方が変わることが予想される。本研究課題を申請する際にハイドロフォンを使って振動下における粒同士が衝突する際に発する音波を測定することの有効性を見出している。そこで上記の実験中にもハイドロフォンを使った測定も行う。
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| Causes of Carryover |
振動実験を行うために必要な主要な機器は揃っていたため、今年度は装置を改造する工作費、またセンサー類の購入に使った。空振励起の研究については、オープンアクセスジャーナルへの出版経費に使った。以上より次年度使用額が生じた。次年度は電磁バルブ、信号発生器、アンプ、解析用PCの購入に使う。
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Research Products
(3 results)
