超音波散乱特性による岩石の破壊過程のモニタリング

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本研究は、岩石の超音波特性のうち、伝播速度特性や減衰特性に加え、より微視的な組織に鋭敏な散乱波特性の変化をモニタリングすることによって,岩石内で破壊が局所化する以前におけるミクロな損傷の密度変化を追跡することを目的として実施したものである。岩石の一軸圧縮試験において、変形やAEの観測の他に、岩石試料に貼付した超音波変換子によって、その超音波透過波および散乱波の波形の定期的な観測を行い、透過波の伝播速度変化と振幅減衰の変化を把握するとともに、散乱波の振幅と周波数特性の変化を追跡することを行なった。しかしながら,在来の縦波超音波変換子を使った今回の実験結果からは,ダイラタンシーの開始以降に,AE活動の活性化,および超音波縦波伝播速度の減少,透過波振幅の減衰の開始といった過去の研究から得られている結果を追試できたのみで,とくに本研究で意図したような超音波散乱波の明瞭な特性変化は確認できなかった。岩石中の微細なクラックの進展及び集積を超音波特性の変化と結び付けることを意図していたが,そのためには,両者の相互関係をさらに綿密に調査する必要があるといえる。とくに,超音波の減衰特性とその周波数依存性について構成鉱物の粒径との関係を念頭に調査すべきである。また,縦波のみならず横波についても調査すべきと考えられる。そのような基礎研究をふまえれば,今回意図したような破壊過程のモニタリングに適した波動モードや周波数を選択しすることができ,それによって損傷密度評価に適した超音波変換子の設計や検査法自体の開発にもつながるものと考えられる。微少破壊が局在化して明瞭な破断面形成にいたる岩石破壊の図式は,損傷密度がある臨界値を越えておこる一種の相転移現象と捉えうるものと予想され,その意味で,損傷密度の定量的な評価法を確立する意義は大きいものと考えられる。