遅すぎず速すぎない爆燃現象を用いたマルチフラクチャー造成技術の構築

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K14165
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 福田 大祐 北海道大学, 工学研究院, 助教 (80647181)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 遅すぎず・速すぎない載荷 / 岩石・岩盤 / マルチフラクチャ造成 / 3次元複雑破砕シミュレータ / 実証破砕実験 / NRC / テルミット反応

研究実績の概要

本年度も，研究計画に従い，遅すぎず・速すぎない載荷を用いた岩石内のマルチフラクチャ造成に関する研究を遂行した．まず，シミュレータ開発では，初年度より岩質材料の複雑破壊過程解析 (DFPA) 法と燃焼過程解析法(Deflag)の連成解析法の開発に取り組んできた．DFPA法では，昨年度まで問題となっていた深刻な解析の不安定化の解消法（2次元解析のみ）について，本年度は3次元まで拡張し，不安定化を克服した3次元DFPA法の開発に成功し，成果は当該分野で最高峰の国際誌に採択された．Deflagについては，種々の試行錯誤の結果，当初見込みよりその実現に時間を要したため，代替策として実験結果に基づいたGas Zone Expansionモデルを開発し，目標とする連成解析法を形にした．そこで，昨年度より用いている，遅すぎず・速すぎない載荷圧を生じさせることが可能なテルミット反応ベースの破砕剤NRCを対象として，開発したDFPA法も導入して検討を進めた．計測圧の特性から構築した圧力モデルを改良3次元DFPA法に導入した解析を実施し，遅すぎず・速すぎない載荷に伴いマルチフラクチャ造成が生じ得ることを示した．また，昨年度実施した斑レイ岩ブロックによるNRC破砕実験において，マルチフラクチャが造成されなかった原因の検証も続けた．その際，NRC薬量を変更し追加で実施した圧力計測から，NRCの場合，載荷特性（ピーク圧達成時間）はほぼ一定になり，最大圧のみが変化することを示した．他方で，斑レイ岩の場合，潜在弱面の存在により，マルチフラクチャ造成が阻害されたと考えている．今後異なる岩種やコンクリートなどを対象とした実験を行い，研究をより高度化していきたい．本研究による成果により，従来不可能であったマルチフラクチャ造成に関する極めて高度な3次元解析的な検討を行うための基礎を確立できた点は極めて重要である．

研究成果

• [国際共同研究] Jeonbuk National University(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Jeonbuk National University
• [国際共同研究] University of Tasmania/CSIRO/Monash University(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: University of Tasmania/CSIRO/Monash University
• [雑誌論文] Modelling of dynamic rock fracture process using the finite-discrete element method with a novel and efficient contact activation scheme (2021)
  • 著者名/発表者名: Fukuda Daisuke、Liu Hongyuan、Zhang Qianbing、Zhao Jian、Kodama Jun-ichi、Fujii Yoshiaki、Chan Andrew Hin Cheong
  • 雑誌名: International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 巻: 138 ページ: 104645～104645
  • DOI: 10.1016/j.ijrmms.2021.104645
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] FDEM simulation of rock damage evolution induced by contour blasting in the bench of tunnel at deep depth (2020)
  • 著者名/発表者名: Han Haoyu、Fukuda Daisuke、Liu Hongyuan、Fathi Salmi Ebrahim、Sellers Ewan、Liu TingJin、Chan Andrew
  • 雑誌名: Tunnelling and Underground Space Technology 巻: 103 ページ: 103495～103495
  • DOI: 10.1016/j.tust.2020.103495
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 独自開発の2・3次元FDEMシミュレータの最近の適用事例および今度の展望 (2021)
  • 著者名/発表者名: 福田大祐・LIU HONGYUAN・CHO SANG-HO・児玉淳一・藤井義明
  • 学会等名: 第 15 回岩の力学国内シンポジウム
• [備考] 福田大祐：北海道大学ホームページ
  • URL: https://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/rml/daisuke/japanese.html
• [備考] 福田大祐：Google Scholar
  • URL: https://scholar.google.co.jp/citations?user=r1dSYFsAAAAJ&hl=ja
• [備考] 福田大祐：Researchgate
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Daisuke_Fukuda2
• [備考] 福田大祐：Researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/daichang1129