新第三紀堆積岩の強度・変形特性に関する研究-強度・変形特性に及ぼす供試体の時間と岩石が受けた履歴の影響を中心として-

A study on the mechanical properties of Neogene sedimentary rock; A particular reference to the effect of the geological process and the elapsed time on its mechanical properties after coring

石島 洋二*

Ishijima, Yoji*

コアボーリングなどによって地山から取り出した岩石の環境は、還元環境から酸化環境、含水飽和状態から蒸散環境、初期地圧状態から応力解放状態へと変化する。これに伴い、岩石の風化が進行し、岩石の性質は地山状態下のそれとは次第に異なってくるであろう。年代の若い堆積岩は空隙率が大きいので、特に風化の速度が大きいと想像される。岩盤利用の観点から、地山状態下の岩石の性質を知ることは重要である。また、応力解放法に基づく初期地圧測定においては、測定対象である岩石のヤング率やポアソン比の正確な、つまり地山状態下の値を知ることが重要である。本研究では地山状態下の(あるいはそれに近い)岩石の強度やヤング率を測定する方法の開発を研究の第1の目標とした。これは岩石試料を採取するボーリング実施箇所において、コアが得られたならば、その場で直ちに供試体を整形し載荷試験を実施するものである。コア採取後1時間以内に載荷試験を済ますための装置と技術を開発した。この載荷装置とサーボ制御付きの材料試験機でモルタル供試体の載荷試験をしたところ、両者でほぼ同じ大きさの強度とヤング率が得られ、原位置載荷試験装置が初期の性能を有していることが確認された。ダムサイトやトンネル切羽の現場において原位置測定を実施し、コア採取後1時間以内で測定結果が得られ、本試験方法が実用性を備えていることがわかった。地山状態を長期に維持できるような岩石の保存方法を探すために、2種類の保存方法について調査した。コア採取後、1時間以内(原位置載荷試験で実施)、1週間後、1ヶ月後、3ヶ月後にそれぞれ岩石の載荷試験を実施したが、強度は保存方法、載荷日時に関係なく同じであった。浸水崩壊試験で供試岩石はスレーキングを起こさないことがわかっているので、強度に時間依存性が認められないのは、岩石が風化しにくい性質であるためと判断させる。以上のような理由により、岩石の保存方法の性能については確認できなかった。本研究において調査の対象となった新第三紀中新世ユードロ層砂岩の弾性波速度を調査したが、異方性の程度は僅かであった。岩石を採取した地層は、その形成後、激しい地質変動を受けていないことがわかっており、この地質的履歴と弾性波速度の等方性は符合している。岩石の薄片の顕微鏡写真の観察から岩石は膨張性粘土をほとんど含有していないことが確認された。これは岩石が風化しに

Coring of rock from the strata induces various changes in the cored sample such as change from deoxidation circumstance to oxidation, change from water saturated condition to transpiration, change from virgin rock stress state to stress relieved condition etc. In accordance to these changes, rock suffers weathering, which in tern induces change of mechanical properties. This change could advance quickly in newly deposited sedimentary rock of relatively large porosity. From standpoint of development of underground for various purpose, it is important to know the in-situ mechanical properties of rock. This information is also important to give precise evaluation of rock stresses measured based on the overcoring method. First purpose of this study is to develop a measuring method which gives precise evaluation of strength and deformability of in-situ rock. For this, a measuring system has been developed to conduct the uniaxial compression test, in the field, by using light-weight loading apparatus for the specimen quickly prepared from the core. It has been proved that the test can be completed in less than 1 hour after the core is obtained. It has also been cleared that the values such as Young's modulus, compressive strength and tensile strength evaluated by the newly developed system are almost same as those obtained in the laboratory by using the servo-controlled testing machine. Second purpose of this study is to test two different methods to preserve the core: one is to wrap the grease-coated core by the polyethylene film and another is to keep the core in submerged condition. Compression tests have been conducted four times during three months. Neither the change of strength with elapsed time nor the difference of strength between the two storing conditions has been detected. This could be attributed to the fact that the sandstone that is used receives little weathering effect. Third purpose of this study is to investigate the influence of the geological ...