脆性破壊から塑性流動への遷移を示す断層発生モデル実験の開発

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本研究では, 「地下の岩石の挙動が深さの増加とともに, 脆性破壊から塑性流動へと変化する」という岩石力学の基礎的内容を, 教室内において万力や油圧ジャッキを用いた簡易な方法により, モデル実験として再現する方法を開発した。具体的には, 油圧ジャッキを用いた手動式ミニプレスセットと鋼板等を組み合わせ, 岩石試料の破壊も可能な強度を持つ1軸圧縮の実験装置を作成し, この装置を様々な物質の破壊強度測定や変形実験に使用した。過去の研究で, 1軸圧縮の破壊実験試料として石けんを用いることで, 主応力に斜交する断層面が生じる現象(脆性破壊から塑性流動への遷移の一段階)が発生することを明らかにしていたが, 今回の研究では, 以下の2点を新たに開発した。①ロウ(常温では脆性破壊が発生)を, 恒温槽温度調整器を用いて温度を制御し, 温度上昇に伴い脆性破壊から塑性流動への遷移が起こることを示すモデル実験の方法を開発した。②ロウ(パラフィンワックス)にマイクロワックスを添加する割合を変化させることで, 脆性破壊から塑性流動への遷移のモデル実験を, より簡易な方法で実施できることを示した。さらに, これらの教材をもとに, 地下の断層での岩石の破壊・変形現象をモデル化した実験方法や指導案, 破壊のようすを撮影した映像資料, 実験・測定データなどをそろえた, 岩石力学の知見を踏まえた地震発生モデル教材モジュールとして開発し, 授業を試行した。これらの成果は, 日本地学教育学会第70回全国大会徳島大会で発表した。