結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価のための理論的研究(委託研究)

Theoretical study on crystalline rock for evaluating of long-term behavior (Contract research)

市川 康明*; 瀬野 康弘; 中間 茂雄 ; 佐藤 稔紀  

Ichikawa, Yasuaki*; Seno, Yasuhiro; Nakama, Shigeo; Sato, Toshinori

本報告書は、平成18年度に実施した成果をまとめたものであり、長期挙動予測評価手法の開発として行った「石英の溶解に関する試験的研究」及び「石英の溶解拡散に関する均質化解析」と、第3段階の調査研究計画の基礎情報としての「土岐花崗岩の一軸圧縮試験と応力緩和試験」の3点について報告するものである。本報告書の構成は、以下の通りである。第2章では、土岐花崗岩の微視的変形状況を一軸圧縮試験及び応力緩和試験条件下でレーザー共焦点顕微鏡によって観察している。すなわち、時間依存の巨視的な変形・応力挙動を測ると同時に、顕微鏡画像で結晶及びその境界面の特徴的なポイントを探して四角形メッシュを組み、そのメッシュ群の時間的なひずみ変化を算定した。第3章では、多結晶質岩石の微視レベルの破壊機構に深くかかわっている各鉱物の圧縮応力下の化学反応による溶解現象を確認するために、石英単結晶供試体及びガラスビーズを用いた圧縮試験を試み、溶解及び再沈殿した石英表面の形状をレーザー共焦点顕微鏡で観察している。第4章では、石英の圧力溶解反応現象についての理論的な取り扱い法、並びに均質化法をベースにした数値解析法を開発している。

In this research we aim to clarify a long term behavior of crystalline rocks, and performed the following subjects: (1) Uniaxial and stress relaxation tests under observation of a confocal laser scanning microscope (CLSM) by using granite specimens of Mizunami underground lab. (2) Pressure dissolution experiment using specimens of quartz single crystal and glass beads. (3) Theory establishment of pressure dissolution of quartz and a homogenization analysis for quartz dissolution. In Chapter 2 CLSM was used to acquire clearly focused three-dimensional images of granite specimens of Mizunami underground lab for uniaxial and stress relaxation tests, and observed the change of microscale structure including the mineral configuration under applying compression stress. The local strain distributions were calculated by using quadrilateral meshes of finite elements arranged on the surface of each specimen. In Chapter 3 we performed pressure dissolution experiments using specimens of quartz single crystal and glass beads, since the dissolution reaction is engaged with a deformation and failure process of polycrystalline rock. After applying stress the surface of contacted area of quartz was observed by CLSM and found traces of dissolution and reprecipitation. In Chapter 4 a reaction theory of pressure dissolution of quartz was proposed and by using a homogenization analysis the dissolution of quartz in bentonite was simulated.