電気容量型変位計の原理による地下き裂開口挙動評価のための基礎研究

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本研究では,パッカーを膨張させて縦き裂のあるボアホール壁面に押しつけることで壁面に圧力を負荷した際の壁面の周方向変位から,岩体の地殻応力(初期応力)を計測評価する新たな方法を検討した.このため,有限要素法によって壁面圧力によるボアホール変形挙動を解析した.また,ボアホール壁面の周方向変位を測定する具体的方法について実験的に検討した.得られた知見をまとめると次のようになる.(1)ボアホール壁面圧力S_Pが零の状態からの壁面上における周方向ひずみの増分Δε_θは,初めのうちはS_Pに対して線形に増加するが,き裂開口開始から両関係のこう配が変化する.(2)この傾向は,ボアホールに直交する平面内に作用する地殻応力の比S_1/S_2を1から3の範囲で種々変化させた結果についても同様であった.(3)よって,何らかの方法でΔε_θを測定できれば,測定して得られたΔε_θ vs S_P曲線のこう配の変化からき裂の開口開始を検出でき,き裂開口開始時のS_Pの大きさとしてき裂開口圧P_rの大きさを評価できる.さらに,その結果をき裂閉口圧等の通常の水圧破砕計測結果を組み合わせればS_1およびS_2それぞれの大きさを決定できる.(4)上記方法具体化のため,加圧中のボアホール壁面上の周方向ひずみを測定する装置を試作し,その性能をボアホールを鋼管で模擬した室内実験で評価した.この結果,当初予定していた電気容量型変位計の原理では測定が困難であることがわかった.そこで,ひずみゲージを基本とする素子を作成し,それを用いれば加圧中に周方向ひずみを測定できることを明らかにした.