| 研究概要 |
岩体中のき裂に沿って低温の流体が流れれば,岩体の温度は初期状態よりも大なり小なり低下する。さらに,温度が低下すると岩体の熱収縮が起こり,この結果,き裂が開口してその透水性が増大すると一般には考えられている。しかし,岩体が大きな地殻応力の作用する圧縮応力場にあることを考えると,熱収縮によってき裂が開口しようとしても,大きな地殻応力がそれを妨げてしまう可能性もあり,き裂の透水性が冷却と共に単純に増大するかどうか定かではない。そこで本研究ではまず,地下岩体の一部が円柱状ないし球状に冷却されるというモデルにより,冷却部に生じる応力低下量を見積もる解析解を誘導した。さらに,その岩体が遠方に作用する応力(地殻応力)で圧縮されている場合に,冷却に伴う熱応力の発生によって冷却部の応力が丁度零になる条件を調べたところ,地殻応力と岩体物性で一意に決まる臨界値まで温度を下げれば良いことがわかった。この検証を目的として,以下のような室内実験を実施した。まず,岩石からなる中空円筒とその内側に丁度収まる大きさの円柱を用意し,その円柱部を円筒部の内側に差し込んだ状態で両端を切断したものを試験片とする。ここで,円筒部と円柱部の間の隙間がき裂となる。次に試験片を軸対称三軸圧縮試験機に取り付け,封圧と試験片外周温度を適当な値に設定する。そして,き裂に低温の水を流して試験片の中心部を冷却し,それに伴うき裂透水性の変化を注水の流量あるいは圧力から評価する。実験の結果,注水温度に対して試験片外周温度を上昇させると,ないしは試験片外周温度に対して注水温度を相対的に低下させると,両者の温度差がある大きさを超えたときにき裂の透水性が急増するという現象が現れた。また,この結果は有限要素法による数値シミュレーションによる予測と良く一致した。
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