Relaxation processes of a thick granular layer at seismic slip rates

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25800257
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: 桑野 修 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 数理科学・先端技術研究分野, 研究員 (30511969)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 断層 / 粉体 / 摩擦構成則

Outline of Annual Research Achievements

地震とは破壊と摩擦不安定をともなう断層の高速すべりであり、そのダイナミクスは断層の摩擦法則によって支配されている。断層は過去の断層運動で生成した粉砕物、断層ガウジを含んでいる。したがって、粉体の摩擦不安定をその構成則から理解することが重要である。臨界すべり量は破壊エネルギーを支配する主要因であるが、最近の実験では伝統的な低速すべり実験で見いだされるmm以下のものよりも何桁も大きな臨界すべり量の現象が発見されている。レオメーターを改造した回転式粉体せん断試験機を用いた実験を通して、我々はこれまで高速すべりには粉体特有の多体粒子相互作用に支配される摩擦メカニズムがあることを示してきた。本研究ではせん断速度1-3m/sの範囲の高速せん断領域で速度ステップ試験を実施し、10mクラスの長大な臨界すべり量を持つ摩擦の緩和を見いだした。この摩擦緩和はすべり速度をステップ的に減少させた時も増加させた時と対称的な応答を示し、それに対応して粉体層の厚みも変化していることから、粉体層の構造変化が関与していると考えられる。また緩和応答は壁面の形状に影響を受けることが分かった。せん断壁面の形状の影響をさらに調べるために、種々の表面形状のせん断プレートをデザインして実験をした。レーザードップラー振動計で粉体せん断セル表面での振動強度を測定し、振動強度の緩和が摩擦強度の緩和や厚みの変化と同様に変化をしていることを確認した。