岩盤フラクチャー内における流体流動挙動に関する研究

点击翻译按钮获取中文摘要

フラクチャー内における流体の流動挙動,特にチャンネルフローに見られる流路の曲がりくねりの挙動を把握するため,流動可視化実験および数値シミュレーションを実施した。フラクチャーの表面形状特性が流路の曲がりくねりに及ぼす影響を調べる場合,表面形状特性を任意に調整したフラクチャー試料が必要である。しかし,フラクチャー面を圧裂により作製したり現場から採取する方法では,任意の表面形状特性を有するフラクチャーを得ることは極めて困難である。そこで,フラクタルモデルを用いて任意の表面形状特性を有するフラクチャー面を数値的に生成した。まず,流動可視化実験では,その数値データをNCタイプの表面切削装置を用いて切削材料に削り出すことで目的の表面形状特性を有するフラクチャー面を作製し供試体とした。供試体は,かみ合ったものとかみ合っていないものの2種類とし,それぞれ表面粗さが異なるものを2種類すつ準備した。実験の結果,かみ合ったフラクチャーの場合,流体は開口幅の大きい場所を選択的に流れようとするため,分岐を有する網目状の複雑な流路が観察された。一方,かみ合っていないフラクチャーの場合,流体はフラクチャーの接触部を避けて流れ,開口幅も広いことから,滑らかな曲線状の流路が観察された。また,フラクチャーの表面粗さは,流路の形状にはほとんど影響しないことが観察された。次に,数値シミュレーションでは,フラクチャーの表面形状特性および接触面積を流動可視化実験と同じに設定してレイノルズの式を有限差分法により解くことで,フラクチャー内での流体の流線ベクトルをもとめ,流線の曲がりくねりを評価した。その結果,かみ合っていないフラクチャーに対して可視化実験に一致する流線を得ることができたが,かみ合ったフラクチャーに対しては複雑な流線が観察されたものの実験で観察されたような網目状の流路は観察されなかった。