2014 Fiscal Year Annual Research Report
岩石破壊力学における新展開のための破壊靱性試験イノベーション
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25630416
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
尾原 祐三 熊本大学, 自然科学研究科, 教授 (50135315)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石井 建樹 木更津工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (60400280)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 岩盤破壊力学 / 破壊靱性試験 / マイクロ岩石供試体 / 微視的破壊靱性 / 巨視的破壊靱性 / 有限被膜法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、金属材料工学分野で開発された、マイクロ供試体の作製技術およびこの供試体を用いた微視的材料試験法の岩石への適用を試みた。
まず、マイクロ供試体作製のために、集束イオンビーム(Focused Ion Bean; FIB)加工法を用いた。この手法は，細く絞ったガリウムイオンを電界で加速させ試料に照射し、表面の原子をはじき飛ばすことで微細加工を行うものである。本研究では、引出電流やドーズ量（単位面積当たりのイオンの照射量）などを変化させ様々な条件で岩石のFIB加工を試みることで，マイクロ岩石供試体作製のための最適な加工条件を決定した。
つぎに、金属材料工学分野で開発された微視的材料試験装置を用いて、花崗岩を構成する鉱物である長石と石英内に作成したマイクロ供試体の破壊靱性試験を実施し、その適用性を調査した。そこで、試験装置を岩石用に改良し、作製した６つの供試体（長石内に３つと石英内に３つ）を用いて、破壊靱性試験を実施した。この結果、マイクロ供試体から得られる微視的破壊靱性は、通常用いる数センチの供試体から得られる巨視的破壊靱性に比較して、小さな値を示すとともに、そのばらつきが大きいことを明らかにした。この原因は、鉱物が形成されるときの劈開などの弱面の存在が関係していることを示した。また、供試体が小さくなっても、力学的挙動は脆性的であり、岩石のき裂先端の小規模降伏の領域は極小であることが明らかとなった。
最後に、微視的破壊靱性試験より得られた結果と新しく開発した破壊進展数値解析法（有限被膜法）を用いて、通常実施される岩石破壊靱性試験をシミュレートした。この結果、実験後にX線CT撮影した破壊面の様子と解析で得られた破壊の結果はよい一致を示し、解析法の妥当性を確認することができた。
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