| 研究課題/領域番号 |
21K03706
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| 研究機関 | 国立研究開発法人防災科学技術研究所 |
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研究代表者 |
山下 太 国立研究開発法人防災科学技術研究所, 地震津波防災研究部門, 主任研究員 (90374165)
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| 研究分担者 |
溝口 一生 一般財団法人電力中央研究所, 地球工学研究所, 主任研究員 (50435583)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 岩石摩擦 / ガウジ / スケール依存 |
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| 研究実績の概要 |
岩石摩擦特性の断層スケール依存性を調べるため，共通の実験条件で実施した2つの異なるスケールにおけるガウジ摩擦実験データを詳細に解析した．対象とした実験は，メートルスケール実験（断層面積：1.5 m長×0.1 m幅）とセンチメートルスケール実験（断層面積：10 cm長×5 cm幅）であり，使用した模擬ガウジ（変はんれい岩の粉末粒子，平均粒径12 μm，最大粒径75 μm），加圧前のガウジ層厚（3 mm），垂直応力（3.4 MPa及び6.7 MPa）は共通である．また，速度-状態依存摩擦則（以下RSF則）のパラメタを推定する解析手法も共通化した（Skarbek and Savage, 2019, Geosphere)．その結果，推定したRSF則パラメタのうちa及びbに関してはスケールによらず同程度であった一方，メートルスケール実験から推定されたDc（最大60 μm程度）はセンチメートルスケール実験から推定されたDc（最大10 μm程度）に比べ明らかに大きい傾向にあることが確認された．その原因を明らかにするため，メートルスケール実験で断層沿いに設置したひずみゲージのデータから局所的な応力状態を調査したところ，断層にかかる応力は不均質であり断層の一部が大きな力を支え，その応答が全体の摩擦変化応答を代表していることが明らかとなった．またメートルスケール実験後に回収したガウジサンプルから薄片を作成し，微細変形構造を確認したところ，応力集中部におけるガウジのせん断帯幅が広いことが明らかとなった．これはDcとせん断帯の幅に正の相関があるという既往研究と調和的である．このことから，断層スケールが大きくなることにより応力不均質が自然発生し，それによりRSF則パラメタDcが見かけ上，スケール依存している可能性が明らかとなった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
岩石摩擦特性のスケール依存性解明に向け，共通の実験条件で実施した2つのスケールでの実験データに対し，共通の解析手法でRSF則の摩擦パラメタを推定し適切に比較することができた．その結果，RSF則摩擦パラメタのDcが断層スケールに正の依存性を持つ傾向を示すことができた．さらに，メートルスケール実験における局所的な力学データや実験後のガウジサンプルの観察から，応力不均質が摩擦パラメタのスケール依存性を引き起こす原因である可能性を指摘することができた．これを確認するためのセンチメートルスケール実験も実施済みである．
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究により，大きなスケールの断層では断層面上に応力不均質が自然発生し，局所的には巨視的な垂直応力より大きな垂直応力が発生している区間が存在しており，さらにその区間が全体の摩擦変化応答を代表していることが明らかとなった．これがRSF則摩擦パラメタDcのスケール依存性の原因であるかを確認するため，より大きな垂直応力（10 MPa及び20 MPa）でのセンチメートルスケール実験を実施したため，その実験データを解析しDcの垂直応力依存性を調査するとともに，回収したガウジ層サンプルから薄片試料を作成して微細変形構造を観察し，既往研究から指摘されているせん断帯幅との関係を調査する．また，RSF則摩擦パラメタの累積変位量に対する依存性も確認するため，回転せん断摩擦試験機を用いたセンチメートルスケールのガウジ摩擦実験を実施する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
ガウジ摩擦特性のスケール依存性を引き起こす原因を解明するにあたり，ガウジ層内の微細変形構造観察が重要な意味を持つことが確認されたことから，作成済みのガウジ層サンプルから追加で薄片試料を作成する予定だったが，作成を依頼した業者の都合により令和4年度中の作成が不可能となった．そのため，令和4年度末に実施したセンチメートルスケール実験のガウジ層サンプルと合わせ，令和5年度に薄片作成を実施する．
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