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報告書

応力集中による破壊現象のモデル化に関する研究(その3)

鳥井原 誠*; 丸山 誠*; 鈴木 健一郎*; 並木 和人*

JNC TJ7400 2005-034, 179 Pages, 2004/02

JNC-TJ7400-2005-034.PDF:31.02MB

結晶質岩の脆性破壊現象を解明し、そのメカニズムをモデル化することは掘削損傷領域の物性評価において重要となる。しかしながら、岩盤の破壊や塑性化などの非弾性状態の岩盤物性を定量的に表現できる数値解析手法はほとんど現存しないのが実情である。そこで本研究では、応力集中による岩盤破壊や塑性化のメカニズムを明らかにし、その領域の岩盤物性を表現できる解析手法を開発することを目的とする。

報告書

応力集中による破壊現象のモデル化に関する研究(その2)

鳥井原 誠*; 丸山 誠*; 桑原 徹*; 鈴木 健一郎*

JNC TJ7400 2005-032, 206 Pages, 2003/02

JNC-TJ7400-2005-032.PDF:29.17MB

結晶質岩の脆性破壊現象を解明し、そのメカニズムをモデル化することは掘削損傷領域の物性評価において重要となる。本研究では、花崗岩を対象として、脆性破壊過程における岩石中のクラックの進展を構造解析、一軸および三軸圧縮/伸長試験、弾性波速度、比抵抗値の計測および、空洞模型試験により調べた。その結果、以下の知見を得た。(1)3次元構造解析の結果、脆性破壊の進行に伴い発生・進展するクラックは、破壊応力の90%から100%に達するまでの間、そのクラック直径が増加するにも関わらず、クラック個数密度は変化しない。(2)多方向の弾性波速度計測から決まる2階のテンソルとクラックテンソルは強い相関がある。(3)短期と長期のクラック進展メカニズムを考慮し、クラックの進展条件においてはクラック間の相互干渉効果を考慮したマイクロメカニクスに基づく解析モデルの適用性を示した。(4)複雑な応力履歴を受ける岩盤内空洞への適用を目的に空洞模型試験を実施し、空洞の周辺岩盤の脆性破壊過程をAE監視等により、損傷の進展として捕らえることができた。(5)クラックの進展による透水性の変化を考慮していくため、クラックテンソルによる透水係数の評価式を提案し、その有効性を示した。

報告書

DH-2号孔のコアを用いたジョイントせん断試験

丸山 誠*; 鳥井原 誠*; 三上 哲司*; 畑 浩二*

JNC TJ7400 2005-030, 106 Pages, 2003/02

JNC-TJ7400-2005-030.PDF:50.79MB

本業務の目的は、がんばんないに無数に存在するジョイント(割れ目)から力学的に影響が大きいと考えられる代表的なジョイントを抽出し、その強度・変形特性と幾何学的な特性を明らかにすることである。本件では、DH-2号孔の土岐花崗岩のジョイントを含む試料を用いた室内試験を実施した。試料は、ジョイントの角度、形状および、充填物の有無などを指標に数種類に分類し、各分類にしたがいジョイント面の垂直剛性、せん断剛性などを算定するとともに、これらの物性からジョイントを考慮した解析に必要なBarton-Bandis Modelの破壊基準を作成した。

報告書

応力集中による破壊現象のモデル化に関する研究(その1)

鳥井原 誠*; 丸山 誠*; 畑 浩二*; 鈴木 健一郎*

JNC TJ7400 2002-009, 205 Pages, 2002/02

JNC-TJ7400-2002-009.pdf:21.43MB

結晶質岩の脆性破壊現象を解明し、そのメカニズムをモデル化することは掘削損傷領域の物性評価において重要となる。この研究では、花崗岩を対象として、その強度・変形特性とクラックテンソルにより評価した岩石中のクラックの構造特性、初期クラックによる構造と一軸および三軸圧縮試験において破壊に伴って発生・進展した微小クラックの構造の比較から、以下の知見を得た。(1)弾性波速度および静弾性係数の異方性が、初期のマイクロクラックの異方的配列に起因することを確かめ、クラックテンソルは弾性波速度データを用いた逆解析により推定できることを示した。(2)弾性波速度の振幅値は、体積ひずみの変化に対応して、減衰することが確かめられた。(3)応力履歴を受けた大型供試体の比抵抗計測により、地下深部の地下水で満たされている岩盤の場合、比抵抗探査が亀裂などの空隙構造を推定する方法として有効であることが示唆された。(4)初期のマイクロクラックがダイラタンシーや破壊面の異方性に決定的な影響を及ぼしているが、破壊時にはクラック密度F0は臨界値を持つことから、この臨界値を破壊基準とすることが提案された。

報告書

土岐花崗岩中の割れ目を対象としたジョイントせん断試験

畑 浩二*; 丸山 誠*; 鳥井原 誠*

JNC TJ7430 2001-002, 118 Pages, 2001/03

JNC-TJ7430-2001-002.pdf:4.44MB

地下深部の岩盤内に空洞を構築する場合、空洞周辺の岩盤は力学的・水理学的に影響を受け、空洞内や岩盤内にさまざまな不安定現象をもたらすことがこれまでに数多く経験されている。したがって、対象岩盤の強度変形特性を事前に把握しておくことが重要になる。特に、き裂岩盤が対象になる場合には、割れ目の強度変形特性や幾何学的分布特性の把握が必要不可欠になる。本研究の目的は、岩体内に無数に存在する割れ目から、力学的な観点で影響が大きいと考えられる代表的なジョイントを抽出し、その強度変形特性ならびに幾何学特性を評価することである。対象とする岩盤は土岐花崗岩を母岩とするき裂性岩盤である。そこで、MIU-1孔、MIU-2孔およびMIU-3孔から割れ目試料を選定し室内試験を実施した。割れ目は、分布位置、角度、形状および介在物有無の4つのパラメータから5つのカテゴリーに分類した。その結果、5つのカテゴリー分類に合わせて、割れ目面における垂直剛性Kn、せん断剛性Ks、圧縮強度JCS、粗さ係数JRCおよび残留強度$$phi$$rが求められた。また、これらの物性から個別要素解析に必要なバートンーバンディスの破壊基準を決定した。

口頭

高アルカリと硝酸塩の影響を受けたベントナイトの水理特性評価,3; アルカリ変質したベントナイトの圧密試験

高橋 真一*; 田島 孝敏*; 鳥井原 誠*; 三原 守弘

no journal, , 

TRU廃棄物の処分では、セメント系材料とベントナイト系緩衝材で構成される人工バリアの使用が検討されている。処分場閉鎖後、地下水が人工バリアに浸入すると、セメント水和物が地下水に溶出してCaイオン等を含む高アルカリ溶液となり、これによってベントナイトが変質してバリア性能が低下することが懸念される。さらに、TRU廃棄物の一部には硝酸塩が含まれるため、これが溶解して、地下水の塩類濃度が増加することも予想される。その後、ベントナイトの変質が進むと同時に、セメント水和物の溶出が緩慢になり周辺地下水の成分に近い水が変質したベントナイトに浸透することが考えられる。上記の条件でベントナイトの変質が進行した場合に、人工バリア機能として重要な透水性の特性変化を把握するために、ベントナイトの変質の影響が最も顕著に現れると考えられる、「アルカリ溶液に処理したベントナイト」に、「溶液」を間隙水として用いる飽和膨潤試料を作製し、段階載荷圧密試験を行い、透水試験結果と比較検討を行った。アルカリ溶液で処理したベントナイトを用いて、飽和膨潤圧密試験を行い、圧密特性,透水特性を検討した。その結果、飽和膨潤時の平衡膨潤圧,圧密載荷時の圧縮曲線にその影響が大きいことが認められた。さらに、アルカリ溶液で処理したベントナイトの透水係数については、圧密試験と透水試験の透水係数に差が見られた。

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