マイクロメカニックス試験による熱環境下の岩石破壊メカニズムの解明

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17560721
• Research Institution: Muroran Institute of Technology
• Principal Investigator: 板倉 賢一 室蘭工業大学, 工学部, 教授 (20168298)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 一彦 室蘭工業大学, 工学部, 教授 (30002009)
• Keywords: マイクロメカニックス試験 / 熱応力 / 岩石破壊メカニズム / アコースティック・エミッション / AE / 破壊シミュレーション / DEM / FEM

Research Abstract

本研究では、構造を把握しやすい微小な岩石供試体(5x10x1mm以下)を用いた顕微鏡下での材料試験(マイクロメカニックス試験)を実施した。供試体には稲田産花崗岩を用い,20℃用に27個(花崗岩のリフト面に垂直な方向に載荷軸を持つR供試体11個、グレイン面に垂直な方向に載荷軸を持つG供試体10個、ハードウェイ面に垂直な方向に載荷軸を持つH供試体6個)、50℃用に11個(R供試体6個、G供試体2個、H供試体3個)、100℃用に7個を用意して単軸引張試験を行った。
1)前年度と同様,それぞれの供試体の引張強度は、熱環境下であってもR供試体、G供試体、H供試体の順に高くなる傾向が見られた。
2)温度による強度低下は100℃の場合が顕著であり,20℃と50℃では大きな差は見られなかった。花崗岩の場合,熱応力によるき裂の進展は50℃以上で起こることを示唆している。
3)前年度の結果と同様,H供試体では破断に先行してき裂の剪断すべりに起因すると見られる変色域が現れ、R供試体では単一のき裂が伸長して破断に至った。
また,先端が1mmの円錐型AE (acoustic emission)センサを供試体に接着して,引張応力下のAE計測を行った。
1)供試体の最終破断前に,AEの発生を確認することができた。また,破断進行中にも多くの単発型AEを検出することができた。
2)これまでの研究成果を考慮すると,AEは雲母が介在した鉱物の構成形状が複雑な箇所から発生すると推察される。すなわち,構成鉱物の形状の複雑な箇所が核になって,花崗岩供試体の破壊が進行すると考えられる。
本年度は,花崗岩供試体の準備に不備があり,100℃下での実験回数が少なく,また,150℃,200℃での実験および単軸圧縮試験を行えなかった。今後,継続して実験を行い,温度環境下での花崗岩の破壊メカニズムを解明する予定である。