| 研究課題/領域番号 |
17K06551
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| 研究機関 | 岩手大学 |
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研究代表者 |
鴨志田 直人 岩手大学, 理工学部, 助教 (00400177)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 凍結岩石 / 三軸圧縮試験 / 極低温下 / 破壊包絡線 / 強度定数 / 液化天然ガス（LNG） / 岩盤内貯蔵 |
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| 研究実績の概要 |
極低温液化燃料の岩盤内貯蔵方式の設計・施工で実施される空洞周辺岩盤の熱応力解析では，水や氷が内在する岩盤の破壊包絡線または強度定数(粘着力・内部摩擦角)を把握する必要がある。しかし，国内・国外を問わず極低温下(-196°C程度)までの温度範囲における破壊包絡線または強度定数を報告した例は見当たらない。そこで本研究課題では，極低温環境下でも実験可能な岩石用三軸圧縮試験装置の開発を行い，さらに，-170°Cにおける飽和含水岩石の三軸圧縮試験を実施し，凍結岩石の破壊包絡線・強度定数の温度依存性を検討することを目的とする。
本研究の実施計画は，(1)岩石用極低温三軸圧力室の設計・製作，(2)岩石用極低温三軸試験装置の実証試験，(3)極低温環境下における飽和含水岩石の三軸圧縮試験の3項目から成る。本研究課題で開発する三軸圧力室の特徴は，極低温状態を保持したまま三軸圧縮試験を実施するための仕組みを簡潔にするため，側圧を載荷後に圧力発生装置と三軸圧力室とを切り離し，三軸圧力室を液体窒素の入った恒温槽に入れる方法を採用したことにある。
2019年度は2018年度に引き続き(1)について実施した。室温下でのセル圧載荷性能評価において、設計仕様の圧力(20MPa)までセル圧を載荷することができなかった原因について検討し、三軸圧力室に液体圧力媒体を充填する際の空気抜きの作業手順について改善を試みた。また，昨年度詳細設計を終えた三軸圧力室を-170°Cに冷却保持するための冷却装置の部品加工と組立を行った。しかしながら、海外における研究滞在等による中断（6/16-12/16）により、本研究課題を計画通り遂行することができず、補助事業期間延長承認申請を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
2019年度は、2018年度に引き続き(1)に関してセル圧載荷性能評価において問題が生じた原因について早急に検討・改善を施した後、(2)に関して本研究課題で新たに開発する岩石用極低温三軸圧縮試験装置の実証試験を行う計画であった。しかしながら、海外における研究滞在等による中断（6/16-12/16）により本研究課題を計画通り遂行することができず、補助事業期間延長承認申請を行った。以上の結果より，本研究課題の達成度は遅れていると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
2020年度（補助事業期間変更後）では，(2)本研究課題で新たに開発する岩石用極低温三軸圧縮試験装置の実証試験を行う計画である。具体的には，まず始めに，極低温下でも性能を維持可能な供試体被覆材の選定を行う必要がある。次に，実際の岩石を用いて極低温下（－170℃）における三軸圧縮試験を行い，実用化に向けての問題点を検証し，岩石用極低温三軸圧縮試験装置に改良を加える。さらに(3)に関して極低温環境下における飽和含水岩石の三軸圧縮試験を実施し，－170℃における飽和含水岩石の破壊包絡線・強度定数（粘着力・内部摩擦角）の温度依存性を明らかにする計画である。具体的には，本研究課題では新たに開発する岩石用極低温三軸圧縮試験装置を用いて－170℃における岩石の非圧密非排水三軸圧縮試験を行い，岩石の破壊包絡線（強度定数）を求める。さらに，本研究で得られるモールの応力円と研究代表者が過去に実施した直接一面せん断試験より得られたクーロンの破壊基準（鴨志田ら，Journal of MMIJ, 2015）とを比較検討し，－170℃における飽和含水岩石の破壊包絡線・強度定数（粘着力・内部摩擦角）の温度依存性を明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新規開発する極低温三軸圧力室（最大セル圧20MPa，最低試験温度－170℃）の製作で必要となる部品の材料費を物品費として，その加工費（製作依頼料金）をその他として支出を計画していたが，研究課題の進捗が遅れており，それらの項目に関しては一部支出できていない。さらに，液体圧力媒体に採用する工業用・船舶用の高級潤滑油の価格が当初の計画より高価であったため，実際の購入時には当初の予算を超過することが懸念されたので，旅費の支出を一部取りやめた。
次年度では，昨年度実施できなかった極低温三軸圧力室と冷却装置の製作で必要となる部品の材料費と加工費（製作依頼料金）と，液体圧力媒体の購入を計画している。
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