ロータリーパーカッション掘削の機構解明と数値シミュレータの高精度化

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地下深部の探査や開発，科学的調査において，ボーリングによる速く正確で効率的な岩盤掘削技術が求められている．打撃と回転により岩盤を掘削するロータリーパーカッション掘削は，強固な岩盤に適用可能であるが，軟岩用のロータリー掘削に比べると速度は遅く，直進性や耐久性に劣る．そこで本研究では，ロータリーパーカッション掘削の高度化（高出力化，高効率化，高精度化）を目指した検討を行っている．令和4年度は，令和3年度に実施した複数のボタンチップが埋め込まれたビット（ボタンビット）の岩石への衝撃貫入試験の結果をもとに，ビット先端に加わる荷重とビットの岩石への貫入量の関係（荷重－貫入量曲線）をモデル化した．さらに，これまでに行われてきたボタンビットの岩石への一打撃試験を実施して，衝撃貫入試験の結果と比較することで，実際の穿孔過程の解明において重要な，荷重－貫入量曲線におよぼす回転の影響を明らかにした．それと並行して，1つのボタンチップが埋め込まれたビット（1チップビット）を用いて静的貫入試験と衝撃貫入試験を実施した．静的貫入試験においては，種々の直径の1チップビットを単独で貫入させた場合の荷重－貫入量曲線を取得するだけでなく，貫入によってできた孔に隣接させて貫入させることで，孔間での亀裂の発生やその荷重－貫入量曲線への影響についても調べた．衝撃貫入試験では，種々の直径の1チップビットを用いた試験装置を新たに製作し，荷重－貫入量曲線におよぼすチップ径の影響を明らかにした．これらの試験結果を再現するため，ビットの岩石への貫入挙動の3次元数値シミュレーションプログラムの開発に着手した．これらの成果は雑誌論文や国内学会で発表した．