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2012 年度 実績報告書

岩石の亀裂自己修復機能とその強度・破壊制御への応用

研究課題

研究課題/領域番号 22246114
研究機関北海道大学

研究代表者

金子 勝比古  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20128268)

研究分担者 川崎 了  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00304022)
奈良 禎太  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00466442)
伊藤 真由美  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10339690)
椋木 俊文  熊本大学, 自然科学研究科, 准教授 (30423651)
廣吉 直樹  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50250486)
坂口 清敏  東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (50261590)
原田 周作  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80315168)
研究期間 (年度) 2010-04-01 – 2014-03-31
キーワード岩石 / 亀裂 / 自己修復 / X線CT / 亀裂充填 / 3次元画像処理 / EPMA / 破壊力学
研究概要

岩石の亀裂自己修復機能に関する基礎的検討を実施し,以下の成果を得た。
(1)低速亀裂伸張実験:火成岩のDT試験結果を分析し,サブクリティカル亀裂進展パラメータと岩種,温度,湿度,水質などの関係を定量化した。そして,(3)に示す方法で種々の環境条件の下で岩石の長期強度を予測した。また,低速亀裂進展に及ぼす力学的影響と化学的影響の相互関係を明らかにした。
(2)亀裂自己修復実験:亀裂自己修復に関して,人工亀裂を導入したコンクリート供試体の長期浸漬試験結果を分析し,析出鉱物と析出速度を定量化した。特に,X-CTとEPMAの組み合わせにより,析出領域の3次元形状とその時間変化とともにその元素組成を明らかにすることに成功した。そして,析出速度は亀裂入り口で高いこと,亀裂の入り口と奥部では析出鉱物が異なること,海水は地下水に比較して析出速度が速いことなどを明らかにした。また,同様な浸漬実験を岩石に大して実施し,岩石でも同様な析出が起こることを確認した。さらに,天然に存在するビーチロックの組成,微視構造および物理特性を分析し,早期固結のための環境条件を実験的に検討した。
(3)亀裂進展・修復プロセス解析法:亀裂の低速伸長現象を数値モデル化し,岩質材料の長期強度を予測する方法を提案した。提案した手法を,廃棄物容器材料の高強度コンクリートに適用し,温度・湿度などの環境条件の制御により長期強度は大幅に改善される可能性があることを明らかにした。

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

亀裂の自己修復に関しては鉱物析出(修復)領域の3次元形状,析出(修復)速度,さらに析出鉱物の組成などが解明され,現象の定量的理解が進んだ。DT試験による超低速亀裂進展挙動計測は継続中であるが,アルカリ溶液中では岩石表面に鉱物が析出することが確認できた。また,3次元亀裂進展解析は当初計画通り順調に進行している。以上から,一部計画以上の進展はあるが,全体としては概ね順調に進展していると自己評価する

今後の研究の推進方策

低速亀裂進展実験,亀裂自己修復挙動,3次元亀裂進展解析に関しては当初計画に沿って研究を進展させる。さらに,ビーチロックなど天然の修復挙動については室内実験とともに原位置試験を実施する。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Influence of temperature and water on subcritical crack growth index for igneous rocks2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Nara
    • 雑誌名

      Geophysical Journal International

      巻: 193 ページ: 47-60

    • DOI

      doi:10.1093/gii/ggs116

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of relative humidity on fracture toughness of rock: implications for subcritical crack growth2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Nara
    • 雑誌名

      International Journal of Solids and Structures

      巻: 49 ページ: 2471-2482

    • 査読あり
  • [雑誌論文] マイクロフォーカスX線CTを用いた水中環境下における高強度高緻密コンクリートのき裂閉塞挙動の評価2012

    • 著者名/発表者名
      福田大祐
    • 雑誌名

      J. of MMIJ

      巻: 128 ページ: 471-477

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 電解質濃度の異なる水中における白浜砂岩のサブクリティカルき裂進展2012

    • 著者名/発表者名
      奈良禎太
    • 雑誌名

      材料

      巻: 61 ページ: 662-667

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation of self-sealing in high-strength and ultra-low-permeability concrete in water using micro-focus X-ray CT2012

    • 著者名/発表者名
      D. Fukuda
    • 雑誌名

      Cement & Concrete Research

      巻: 42 ページ: 1494-1500

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamic fracture experiments of mortar using a high-speed loading apparatus driven by explosives2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakamura
    • 雑誌名

      Science and Technology of Energetic Material

      巻: 73 ページ: 136-142

    • 査読あり
  • [学会発表] Influence of pores, fractures and pressure on permeability and elastic wave velocities in rock2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Nara
    • 学会等名
      7th Asian Rock Mechanics Symposium
    • 発表場所
      COEX (Korea)
    • 年月日
      20121015-20121019
  • [学会発表] Experimental and Numerical Investigation of Fracture Mechanism in Concrete by Using Deflagration agent2012

    • 著者名/発表者名
      M. Moriya
    • 学会等名
      19th European Conference on Fracture
    • 発表場所
      Kazan Convention Center(Russia)
    • 年月日
      20120826-20120831
  • [学会発表] Observation of Sealing behavior of fracture in cementitious materials by X-ray CT and SEM-EDX2012

    • 著者名/発表者名
      M. Maruyama
    • 学会等名
      Mini-Symposium "X-ray CT Application in Geotechnical Engineering"
    • 発表場所
      COEX (Korea)
    • 年月日
      20120826-20120829

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公開日: 2014-07-24  

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