流体で満たされた地下き裂のき裂先端から流体が漏れる場合に生じるき裂の動的応答解析

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平成13年度は、平成12年度中に構成した地下き裂モデルの数値解析を行った。地下き裂モデルは、き裂を既存の流体で満たされた透水層に沿って存在する円板状き裂であるものとして構成した。また、円板状き裂の中央に井戸が存在する場合と、井戸が存在しない場合を取り扱った。これは、水圧破砕を行ってき裂を作成したときに、井戸を中心に形成されたき裂と、井戸から離れた位置に形成されたき裂とを想定したものである。さらに、き裂が加振されてき裂に振動が生じた場合には、き裂内流体は振動によりき裂先端から隣接した透水層へ出入りするものとした。以上のように構成したき裂モデルを用いて、地下き裂の振動特性へのき裂先端における流体の漏れの影響について検討した。以上に得られた知見を要約すると次のようになる。1.き裂先端からの流体の漏れが大きくなるにつれ、固有角振動数は小さくなる。流体の漏れがないときに生じるN次振動モードの振動の形状、ならびに固有角振動数は、き裂先端からの漏れが大きくなるにつれ、き裂先端で流体が自由に出入りする場合の(N-1)次振動モードの形状、ならびに固有角振動数に変化する。2.き裂の振動特性へのき裂先端からの流体の漏れの影響は、き裂上下面が部分的に接触し、き裂開口幅が大きく、き裂開口幅に対するき裂半径の比が小さく、流体の粘性が小さいほど強い。3.き裂先端からの漏れが小さい場合には、き裂先端からの流体の漏れが大きくなるにつれ振動の減衰の強さは強くなる。逆に、き裂先端からの漏れが大きい場合には、き裂先端からの流体の漏れが大きくなるにつれ振動の減衰の強さは弱まる。4.き裂の中央に井戸が存在する場合と存在しない場合では、固有角振動数が異なるが、以上の特徴が共通して見られる。