Elucidation of crack propagation mechanism in an anisotropic rock and accuracy improvement of Brazilian test

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X線CTスキャナ内部で実施した圧裂引張試験から得られたCT画像を三次元再構成し、破壊挙動を定量的に評価するために画像解析を実施した。本研究では、デジタル画像相関法を三次元画像に対して適用し、各荷重ステージ間の供試体内部の変位増分、き裂の生成・進展をマイクロスケールで三次元的に解析した。使用したソフトはオープンソースのPythonベースで記述されたthe Softwre for the Practical Analysis of Materials (SPAM)を用いた。画像解析の結果から、供試体に付加される荷重がピーク荷重の50%以下の場合は、内部に顕著なひずみの増分が生じないことが判明した。その後、荷重が増加し、ピーク荷重の70%に到達した段階で、中心付近に局所的なひずみが発生し、80%に達した時点で明らかなき裂生成を確認した。そして、最終的には内部に多数のき裂が発生し、供試体は破壊に至った。上述の画像解析から判明した破壊進展挙動を供試体のCT断面画像と比較することによって、異方性を有する岩石におけるき裂の進展挙動が明らかとなった。具体的には、今回のケースにおいては、き裂は主にCT画像の中心付近の黒色部（低密度領域）で発生し、進展する。しかしながら、き裂進展はCT画像の白色部（高密度領域）において一旦停止する。しかしながら、荷重の増加に伴い、最終的にき裂は高密度領域内に進展し、最終的な破断が生じる。つまり、異方性を有する岩石の破壊挙動において、き裂発生には低密度領域の強度が大きく関与し、最終的な破壊には高密度領域の強度が大きく影響する可能性があることが判明した。