| 研究課題/領域番号 |
09044120
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
林 一夫 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30111256)
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| 研究分担者 |
SONG Insun ウィスコンシン大学, 工学部, 研究員
齋藤 玄敏 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (70264091)
伊藤 高敏 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (00184664)
BEZALEL Haim ウィスコンシン大学, 工学部, 教授
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| キーワード | 地殻応力 / 現位置計測 / ブレイクアウト / 岩盤応力 / 地圧 / 地熱 / HDR |
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| 研究概要 |
本研究は、地殻応力の作用する大深度地下岩体に坑井を掘削することで起こる坑井周りの圧縮破壊つまりブレイクアウトの発生機構を、特に坑底近傍の特異な応力状態に注目して解明し、この結果を基に、未だ確立されていない大深度(数千メートル前後)における地殻応力の方向と大きさの定量的評価法を明らかにすることを目的とするものである。本年度は、坑井周りに発生する応力場を、軸対称物体非軸対称荷重問題の有限要素法解析により明らかにし、さらに、その結果とvon Misesの降伏条件を用いて、ブレイクアウトの形成プロセスを検討した。得られた結果を要約すると以下の通りである。
1.坑底近傍には、坑底から離れた領域とは異なる方向に大きな相当応力が発生するが、その大きな相当応力が発生する領域の代表寸法は坑井半径に比べ非常に小さい。すなわち、坑底の特異な応力場は、三次元的に非常に局所的である。
2.ビット荷重は、坑底近傍の応力状態の特異性を緩和する効果がある。これは、ビット荷重が基本的に坑井軸方向の引張荷重であるため、地殻応力により坑底近傍に発生する圧縮の応力集中を低下せしめることによる。
相当応力の大きな領域の半径方向の広がりは、坑底から離れると一旦縮小し、さらに離れると再び拡大する。
従って、破壊特性が局所的な応力状態に鈍感な岩石である場合には、坑底近傍では破壊が起きず、坑底から離れた位置で破壊が起こる。このため、ブレイクアウトの方向が坑底から離れた位置で決まることになる。この傾向は、ビット荷重が大きいほど顕著になる。
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