Shear-strength variation along subducting mega-thrust- their influence on the geometry of accretionary prism

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H02008
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 山本 由弦 神戸大学, 理学研究科, 教授 (10435753)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古市 幹人 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(数理科学・先端技術研究開発センター), グループリーダー (50415981) ; 西浦 泰介 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(数理科学・先端技術研究開発センター), グループリーダー代理 (60509719)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: プレート境界断層 / 剪断強度 / DEM

Outline of Annual Research Achievements

2020年度は、粒状体を扱うDEM（Discrete Element Method）モデルの拡張を行い、房総半島の母岩、断層岩の3軸力学試験結果の再現におおよそ成功した。具体的には、DEMモデルにおいて、要素間の粘着力を導入した。従来用いていたDEMモデルでは、要素の接触面に対して法線方向にのみ粘着力を実装していた。これは、コンクリートなどで見られる弱い降伏応力に対しては効果的であったが、50Mpaと高圧な岩石実験に現れる、降伏してから破断に至る挙動を再現するには不十分であった。そこで、接触面での接線方向にも粘着を考慮するように拡張を行った。これにより、DEMモデルにおけるミクロなせん断強度、粘着強度そして摩擦係数を調整することで、実試験において得られた内部摩擦角、粘着力、つまり破壊の包絡線、および、三軸圧縮試験での0、30、50Mpaひずみ―応力曲線の定量的な再現におおよそ成功した。ただし、モデルパラメータが増加したことによる恣意性が妥当であるかを検証する必要があり、既往研究にならい引張・圧縮強度実験との比較、ならびに要素サイズに対する依存性に関するデータ整理を今後実施する予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初研究計画としては、紀伊半島沖における海洋掘削において得られる予定であった、地下5 km付近のプレート境界断層も対象であったが、掘削が予定深度に到達できず、試料が得られなかった。その意味で研究に遅れが生じている。
一方、深度3-4 kmまでのプレート境界断層の強度変化を再現する数値実験は順調に進んでいる。このため、研究目的は達成可能と期待している。

Strategy for Future Research Activity

前年度までに実施した房総半島の母岩、断層岩の力学試験結果について、DEMシミュレーションによる再現におおよそ成功している。そこで、今年度は、これまでの成果の公表を行うとともに、 高圧時における引張強度と圧縮強度の追加実験並びにそれに伴う定量的調整、そして沈み込み帯の砂箱実験に拡張するためのコード設定を行う。