| 研究概要 |
不均質材料中の亀裂進展現象の解明とその岩石制御破砕への応用を目的とした基礎研究を実施し,以下に示す成果を得た。
(1)岩石中の亀裂進展と岩石微視構造との関係および亀裂面形状と岩石微視構造との関係を実験的に検討した。まず,花崗岩を対象として定変位ダブルトーション試験を実施し,亀裂進展速度と微視構造との関係を分析した。その結果,花崗岩の亀裂進展速度や応力腐食指数は異方性を有すること,この亀裂進展の異方性は潜在マイクロクラックの配向性と密接に関係すること,などを明らかにした。また,実験後の供試体の亀裂面形状を分析し,亀裂面形状のフラクタル次元も潜在マイクロクラックの配向性と密接に関係することを明らかにした。以上の結果は,亀裂はその先端領域に先在するマイクロクラックと連結して進展していくこと,亀裂進展は確率プロセスで表現されること,を示している。さらに,不均質岩石の亀裂進展速度は単結晶やガラスのそれらと大きく異なるが,これらの相違は先在マイクロクラックの断面欠損による見掛け表面エネルギーの変化として説明できることを明らかにした。
(2)岩石の不均質性が工学的性質に及ぼす影響を検討するために,岩石の風化・変質と微視構造との関係を分析した。その結果,耐スレーキング性は岩石中の粘土鉱物の組成・存在量のみならずその存在形態に密接に関係することを明らかにした。
(3)不均質性とともにマルチクラック進展を考慮した数値応力解析手法を開発し,これにより亀裂進展の確率プロセスを表現することに成功した。また,この方法をブレーカー小割破砕,壁部材切断発破,粒度制御発破の問題に適用した。そして,ブレーカーによる小割破砕の亀裂進展・破断面形成と刃先形状との関係,壁部材切断発破における貼付け装薬条件,ベンチ発破における細粒分生成と大塊生成の機構,などを明らかにした。
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