岩石の亀裂自己修復機能とその強度・破壊制御への応用

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22246114
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 地球・資源システム工学
• 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, 大学院工学研究院, 准教授 (00304022) ; 奈良 禎太 京都大学, 大学院工学研究科, 助教 (00466442) ; 伊藤 真由美 北海道大学, 大学院工学研究院, 准教授 (10339690) ; 椋木 俊文 熊本大学, 大学院自然科学研究科, 准教授 (30423651) ; 広吉 直樹 北海道大学, 大学院工学研究院, 教授 (50250486) ; 坂口 清敏 東北大学, 大学院環境科学研究科, 講師 (50261590) ; 原田 周作 北海道大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80315168)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 地殻工学 / 岩石 / 自己修復 / 亀裂 / 破壊力学 / 長期強度

研究概要

本研究では，亀裂自己修復現象に関する一連の実験的研究を実施し，その工学的応用を試みた。具体的には，まず，岩石の低速亀裂伸長現象に及ぼす環境条件の影響を実験的に分析し，低速亀裂進展の機構を解明した。次に，亀裂自己修復現象に関して実験的検討を行い，その機構と活性化条件などを明らかにした。また，亀裂伸長プロセスを数値解析的に検討し，亀裂方向制御など高度制御破砕の設計法を提案した。これらの成果に基づいて，岩質材料の長期強度を予測する方法を提案し，環境条件の制御により長期強度を制御できることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Electrical disintegration and micro-focus X-ray CT observations of cement paste samples with dispersed mineral particles (2014)
  • 著者名/発表者名: S.H.Cho, M.Yokota, M.Ito, S.Kawasaki, S.B.Jeong, B.K.Kim, K.Kaneko
  • 雑誌名: Minerals Engineering 巻: 57 ページ: 79-85
  • 査読あり
• [雑誌論文] Segmentation of multi-phase X-ray computed tomography images (2013)
  • 著者名/発表者名: M.Kato, M.Takahashi, S.Kawasaki and K.Kaneko
  • 雑誌名: Environmental Geotechnics 巻: (accepted)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of porosity and its variation in porous materials using microfocus X-ray computed tomography considering the partial volume effect (2013)
  • 著者名/発表者名: M.Kato, M.Takahashi, S.Kawasaki, T.Mukunoki and K.Kaneko
  • 雑誌名: Materials Transactions 巻: Vol.54, No.9 ページ: 1678-1685
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Addition of Phosphate Powder on Unconfined Compressive Strength of Sand Cemented with Calcium Phosphate Compound (2013)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki, S. and Akiyama, M.
  • 雑誌名: Materials Transactions 巻: Vol.54, No.11 ページ: 2079-2084
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of unconfined compressive strength of sand test pieces cemented with calcium phosphate compound by addition of various powders (2013)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki, S. and Akiyama, M.
  • 雑誌名: Soils and Foundations 巻: Vol.53, No.6 ページ: 966-976
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unique grout material composed of calcium phosphate compounds (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Kawasaki and M.Akiyama
  • 雑誌名: International Journal of GEOMATE 巻: Vol.4, No.1 (Serial No.7) ページ: 429-435
  • 査読あり
• [雑誌論文] 多孔質材料の水理定数評価のための室内透水試験法の理論 (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤昌治, 高橋学, 金子勝比古
  • 雑誌名: Journal of MMIJ 巻: Vol.129, No.7 ページ: 409-417
  • 査読あり
• [雑誌論文] 花崗岩のP 波速度分布とDSCA 法から求めたクラックパラメータの関係 (2013)
  • 著者名/発表者名: 奈良禎太,加藤春實,金子勝比古,松木浩二,佐藤隆司,塚本斉
  • 雑誌名: Journal of MMIJ 巻: Vol.129, No.7 ページ: 447-454
  • 査読あり
• [雑誌論文] トランジェントパルス法を用いた低透水性岩石の水理定数の高精度評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤昌治,高橋学,金子勝比古
  • 雑誌名: Journal of MMIJ 巻: Vol.129, No.7 ページ: 472-478
  • 査読あり
• [雑誌論文] セメント物質に着目したビーチロックの形成メカニズムに関する考察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 檀上尭,川﨑了
  • 雑誌名: Journal of MMIJ 巻: Vol.129, No.7 ページ: 520-528
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic Fracture Process Analysis in Rock-like Materials for Axisymmetric Problem (2013)
  • 著者名/発表者名: H.M.Kim, D.Fukuda, J.Ikezawa, K.Moriya, S.H.Cho and K.Kaneko
  • 雑誌名: Science and Technology of Energetic Materials 巻: Vol.74, No.3 ページ: 73-79
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical simulation of the fracture process in concrete resulting from deflagration phenomena (2013)
  • 著者名/発表者名: D.Fukuda, K.Moriya, K.Kaneko, K.Sasaki, R.Sakamoto and K.Hidani
  • 雑誌名: International Journal of Fracture 巻: Vo.180 ページ: 163-175
  • DOI: 10.1007/s10704-013-9809-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of temperature and water on subcritical crack growth parameters and long-term strength for igneous rocks (2013)
  • 著者名/発表者名: Y.Nara, H.Yamanaka, Y.Oe and K.Kaneko
  • 雑誌名: Geophysical Journal International 巻: Vol.193 ページ: 47-60
  • DOI: 10.1093/gji/ggs116
  • 査読あり
• [雑誌論文] A study of the formation mechanism of beachrock in Okinawa, Japan : Toward making artificial rock (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Danjo and S.Kawasaki
  • 雑誌名: International Journal of GEOMATE 巻: Vol.5, No.1 (Serial No.9) ページ: 633-638
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of regional stress state and Young's modulus by back analysis of mining-induced deformation (2013)
  • 著者名/発表者名: J.Kodama, T.Miyamoto, S.Kawasaki, Y.Fujii, K.Kaneko and P.Hagan
  • 雑誌名: International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 巻: Vol.63 ページ: 1-11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improvement in the unconfined compressive strength of sand test pieces cemented with calcium phosphate compound by addition of calcium carbonate (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Akiyama and S.Kawasaki
  • 雑誌名: Ecological Engineering 巻: Vol.47 ページ: 264-267
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic fracture experiments of mortar using a high-speed loading apparatus driven by explosives (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Nakamura, S.H.Cho, K.Kaneko, S.Kajiki and Y.Kiritani
  • 雑誌名: Science and Technology of Energetic Material 巻: 73(5) ページ: 136-142
  • 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 CT (2012)
  • 著者名/発表者名: D.Fukuda, Y.Nara, Y.Kobayashi, M.Maruyama, M.Koketsu, D.Hayashi,H.Ogawa and K.Kaneko
  • 雑誌名: Cement and Concrete Research Cement and Concrete Research 巻: 42 ページ: 1494-1500
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microbially mediated sand solidification using calcium phosphate compounds (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Akiyama and S.Kawasaki
  • 雑誌名: Engineering Geology 巻: Vol.137-138 ページ: 29-39
  • 査読あり
• [雑誌論文] 沖縄本島ビーチロックの物理・力学特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 檀上尭・川﨑了
  • 雑誌名: 応用地質 巻: Vol.53,No.4 ページ: 191-200
  • 査読あり
• [雑誌論文] 文献調査によるビーチロックの諸特性-ビーチロックを模擬した人工岩 の開発を目指して― (2012)
  • 著者名/発表者名: 檀上尭・川﨑了
  • 雑誌名: 応用地質 巻: Vol.53,No.3 ページ: 129-141
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of relative humidity on fracture toughness of rock : implications for subcritical crack growth (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Nara, K.Morimoto, N.Hiroyoshi, T.Yoneda, K.Kaneko and P.M.Benson
  • 雑誌名: International Journal of Solids and Structures 巻: Vol.49, No.18 ページ: 2471-2481
  • DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2012.05.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electro-Biogrouting and Its Challenge (2012)
  • 著者名/発表者名: H.A.Keykha, B.B.K.Huat, A.Asadi and S.Kawasaki
  • 雑誌名: International Journal of Electrochemical Science 巻: Vol.7, Issue 2 ページ: 1196-1204
  • 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, 奈良禎太, 林大介, 大和田仁, 小川秀夫, 金子勝比古
  • 雑誌名: Journal of MMIJ 巻: Vol.128, No.7 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,広吉直樹,米田哲朗,金子勝比古
  • 雑誌名: 材料 巻: Vol.61, No.7 ページ: 662-667
  • 査読あり
• [雑誌論文] 静水圧下における砂岩の透水性および弾性波速度 (2012)
  • 著者名/発表者名: 奈良禎太,中林亮,米田哲朗,金子勝比古・Philip George Meredith
  • 雑誌名: 材料 巻: Vol.61, No.3 ページ: 214-221
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel grout material comprised of calcium phosphate compounds : In vitro evaluation of crystal precipitation and strength reinforcement (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Akiyama and S.Kawasaki
  • 雑誌名: Engineering Geology 巻: Vol.125 ページ: 119-128
  • 査読あり
• [雑誌論文] 大口径ガイドホールを用いたトンネル最外周発破における破断面平滑性に関する数値的検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 福田 大祐, 金子 勝比古, 石山 宏二, 内藤 将史
  • 雑誌名: 土木学会論文集C(地圏工学) 巻: Vol.68, No.1 ページ: 213-223
  • 査読あり
• [雑誌論文] 高有機質土(泥炭)由来の土壌微生物による炭酸カルシウム液出技術に関する実験的研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 畠 俊郎,佐藤厚子,川﨑 了,阿部廣史
  • 雑誌名: 土木学会論文集C(地圏工学) 巻: Vol.68,No.1 ページ: 31-40
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of humidity and temperature on subcritical crack growth in sandstone (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Nara, K.Morimoto, T.Yoneda, N.Hiroyoshi and K.Kaneko
  • 雑誌名: Int. J. Solids Struct. 巻: Vol.48, No.7-8 ページ: 1130-1140
  • DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2010.12.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] リン酸カルシウム化合物を用いた新しい地盤注入材に関する基礎的研究-アンモニア供給源および土壌微生物の添加が供試体の一軸圧縮強さに及ぼす影響- (2011)
  • 著者名/発表者名: 秋山 克,川﨑 了,青井標野
  • 雑誌名: 地盤工学ジャーナル 巻: Vol.6,No.4 ページ: 513-524
  • 査読あり
• [雑誌論文] 凍結融解作用を受ける岩石の破壊プロセスと耐久性の評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 児玉淳一,中谷匡志,奈良禎太,後藤龍彦,藤井義明,金子勝比古
  • 雑誌名: Journal of MMIJ 巻: Vol.127, No.3 ページ: 117-126
  • 査読あり
• [雑誌論文] 微生物代謝による液状化対策に関する動的遠心模型実験 (2011)
  • 著者名/発表者名: 稲垣由紀子,塚本将康,森啓年,中島進,佐々木哲也,川﨑了
  • 雑誌名: 地盤工学ジャーナル 巻: Vol.6,No.2 ページ: 157-167
  • 査読あり
• [雑誌論文] マイクロフォーカスX 線CT を用いた二相構成材料の内部構造の相分離に関する基礎的検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山中裕史,川﨑了,加藤昌治,椋木俊文,金子勝比古
  • 雑誌名: 地盤工学ジャーナル 巻: Vol.6,No.2 ページ: 273-284
  • 査読あり
• [雑誌論文] リン酸カルシウム化合物を用いた新しい地盤注入材に関する基礎的研究-結晶析出試験と砂供試体の一軸圧縮試験- (2011)
  • 著者名/発表者名: 秋山克,川﨑了
  • 雑誌名: 地盤工学ジャーナル 巻: Vol.6,No.2 ページ: 341-350
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of threedimensional microcrack distribution and principal axes for granite using a polyhedral specimen (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Nara, H.Kato, T.Yoneda and K.Kaneko
  • 雑誌名: Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 巻: Vol.48, No.2 ページ: 316-335
  • DOI: 10.1016/j.ijrmms.2010.08.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of macro-fractures and micro-fractures on permeability and elastic wave velocities in basalt at elevated pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Nara, P.G.Meredith, T.Yoneda and K.Kaneko
  • 雑誌名: Tectonophys. 巻: Vol.503, No.1-2 ページ: 52-59
  • DOI: 10.1016/j.tecto.2010.09.027
  • 査読あり
• [雑誌論文] 微生物機能を利用した地盤改良技術 (2011)
  • 著者名/発表者名: 川﨑 了
  • 雑誌名: 地盤と建設 巻: Vol.29,No.1 ページ: 11-18
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of three-dimensional stress distribution and elastic moduli in rock mass of the Tono area (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Nara, S.H.Cho, T.Yoshizaki, K.Kaneko, T.Sato, S.Nakama and H.Matsui
  • 雑誌名: International Journal of the JCRM 巻: Vol.7, No.1 ページ: 1-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] 微生物代謝を利用したバイオカバーソイルの開発に関する基礎的研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 椋木俊文,川崎 了,下屋敷覚弘,吉永智昭
  • 雑誌名: 地盤工学ジャーナル 巻: Vol.5,No.4 ページ: 545-553
  • 査読あり
• [雑誌論文] 地盤注入工法分野での生分解性プラスチックを用いた注入管の適用性検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 寺島 麗,島田俊介,小山忠雄,川崎了
  • 雑誌名: 地盤工学ジャーナル 巻: Vol.5, No.3 ページ: 425-435
  • 査読あり
• [雑誌論文] 岩石のサブクリティカルき裂進展指数と長期強度に及ぼす周辺環境の影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: 奈良禎太,五十嵐敏文,広吉直樹,米田哲朗、金子勝比古
  • 雑誌名: 材料 巻: Vol.59, No.3 ページ: 180-185
  • 査読あり
• [雑誌論文] 砂岩の破壊靭性に及ぼす湿度の影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: 奈良禎太,森本和也,米田哲朗,金子勝比古
  • 雑誌名: Journal of MMIJ 巻: Vol.126, No.1,2 ページ: 10-17
  • 査読あり
• [雑誌論文] Subcritical crack growth and long-term strength in rock and cementitious material (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Nara, M.Takada, D.Mori, H.Owada, T.Yoneda and K.Kaneko
  • 雑誌名: Int. J. Fract. 巻: Vol.164, No.1 ページ: 57-71
  • DOI: 10.1007/s10704-010-9455-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of relative humidity and temperature on subcritical crack growth in igneous rock (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Nara, N.Hiroyoshi, T.Yoneda and K.Kaneko
  • 雑誌名: Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 巻: Vol.47, No.4 ページ: 640-646
  • DOI: 10.1016/j.ijrmms.2010.04.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] 土壌微生物による炭酸カルシウム析出に及ぼす温度の影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: 川崎 了,小潟 暁,広吉直樹,恒川昌美,金子勝比古,寺島 麗
  • 雑誌名: 応用地質 巻: 第51巻,第1号 ページ: 10-18
  • 査読あり
• [雑誌論文] 溶媒のpH および有機栄養源がバイオカバーソイルの生成と特性に及ぼす影響評価に関する基礎的研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 椋木俊文,吉永智昭,川崎 了
  • 雑誌名: 地盤工学ジャーナル 巻: Vo.5,No.1 ページ: 69-80
  • 査読あり
• [学会発表] STUDY OF THE FORMATION MECHANISM OF BEACHROCK IN OKINAWA, JAPAN : TOWARD MAKING ARTIFICIAL ROCK (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Danjo and S.Kawasaki
  • 学会等名: Third International Conference on Geotechnique, Construction Materials and Environment
  • 発表場所: Meitetsu New Grand Hotel, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2013-11-13
• [学会発表] Investigation of sealing behavior of fracture in cementitious material in ground water using micro-focus X-ray CT and 3D image analysis (2013)
  • 著者名/発表者名: D.Fukuda, Y.Nara, M.Maruyama and K.Kaneko
  • 学会等名: 1st International Conference on Tomography of materials and structures
  • 発表場所: Intercontinental Hotel, Ghent, Belgium
  • 年月日: 2013-07-03
• [学会発表] Formation mechanisms of beachrocks in Okinawa and Ishikawa, Japan (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Danjo, S.Kawasaki and T.Hata
  • 学会等名: 47th U. S. Roch Mechanics/ Geomechanics Symposium
  • 発表場所: Holiday Inn, San Francisco, California, USA
  • 年月日: 2013-06-24
• [学会発表] Observation of Sealing behavior of fracture in cementitious materials by X-ray CT and SEM-EDX (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Maruyama, D.Fukuda, R.Nakabayashi, K.Kaneko, Y.Nara and H.Ogawa
  • 学会等名: Mini-Symposium "X-ray CT Application in Geotechnical Engineering" in the 2012 International Conference on Geomechanics & Engineering
  • 発表場所: COEX, Seoul, Korea
  • 年月日: 20120826-29
• [学会発表] Influence of pores,fractures and pressure on permeability and elastic wave velocities in rock (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Nara, P.G.Meredith, R.Nakabayashi, T.Yoneda and K.Kaneko
  • 学会等名: 7th Asian Rock Mechanics Symposium
  • 発表場所: COEX, Seoul, Korea
  • 年月日: 2012-10-17
• [学会発表] Experimental and numerical investigation of fracturing mechanism in concrete using deflagration agent (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Moriya, D.Fukuda, K.Kaneko, K.Sasaki and R.Sakamoto
  • 学会等名: 19th European Conference on Fracture
  • 発表場所: Old Town Hotel, Kazan, Russia
  • 年月日: 2012-08-28