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水中衝撃波を用いた岩石の動的引張強度の評価

利用水下冲击波评估岩石的动态拉伸强度

基本信息

批准号：
13750861
负责人：
久保田士郎
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750861/
关键词：
岩石の動的引張強度水中衝撃波爆薬高速度カメラ

项目摘要

本研究では、動的荷重源として爆薬の水中爆轟により発生する水中衝撃波を用いることにより、従来の動的強度評価法よりも大きな衝撃エネルギーを岩石試料に作用させることが可能でかつ動的荷重の制御が容易である実験装置を提案・試作した。岩石試料は棒状で一端に衝撃荷重を与えた場合に、他端で引き起こされるホプキンソン効果を応用する実験であり、水パイプの長さを変化させるだけで衝撃荷重の大きさを制御できる。本実験結果を基に岩石の動的引張強度の評価法について検討し、その妥当性について議論した。同時に、岩石破壊挙動のデータ収集を行った。水パイプ長さをLw=70mm以上にした場合、爆源近傍では顕著な破壊は確認されなかった。70mm以上の場合、岩石試料中を伝播する波は、爆源側の破壊の影響を受けないと考えられる。爆源近傍にて圧縮破壊や引張破壊を考慮しない簡単な仮定を用いて、自由面側の破壊状況を検討できる。Lwが70mm以上では自由端から引張応力に原因する破断面までの距離はLwの増加とともに増加する傾向を示したが、Lwが50mm、30mmの場合はその反対の傾向を示した。Lwが70mm以上では水中衝撃波が平面的に岩石試料に入射していることが予想された。この結果は試作された有限差分法に基づく流体コードにより妥当な評価であることが示された。弾性波の一次元応力伝播理論に基づく動的引張強度の評価法について検討した。実験結果から得られる情報(自由面速度履歴)は亀裂の成長過程を含んでいるために従来の動的引張強度の評価方法を簡単に適用できないことを指摘した。亀裂の情報から破断が始まる瞬間を推定することにより動的引張強度を見積もる方法を提案し、来待砂岩について適用した。この方法に従い得られる強度は静的な方法により得られるそれより若干大きい程度であった。さらに、異なる水パイプ長さの破壊実験結果を用いて、応力波形状を推定し、それをもとに動的引張強度を評価する方法を提案した。

In this study, the dynamic load source and the underwater detonation generated by the underwater detonation are used to evaluate the dynamic strength of the underwater detonation. The dynamic load source and the rock specimen are used to control the dynamic load easily. The impact load on one end of the rock sample is different from that on the other end, and the impact load on the other end is different. The results of this study are based on the evaluation method of tensile strength of rock movement, and the discussion of its appropriateness. At the same time, the rock is broken and the collection is carried out. When the length of the explosion is greater than 70mm, the explosion source is close to the explosion source. 70mm or more, the rock sample will be affected by the wave propagation and the impact of the explosion source side. The pressure reduction near the explosion source and the tension of the explosion source are considered. The simple and simple application of the explosion source and the free surface are discussed. Lw> 70mm, the free end of the tension force, the fracture surface, the distance, the increase of Lw, the tendency to increase, Lw> 50mm, 30mm, the tendency to increase. Lw> 70mm, shock wave in water, plane, rock sample, incident, expected. The result is that the finite difference method is used to evaluate the flow field. The evaluation method of the tensile strength of the fundamental motion in the theory of the first order force propagation of the nonlinear wave is discussed. The results show that the information obtained (free surface velocity) includes the evaluation method of tensile strength of crack growth, which is simple and applicable. A method for estimating the initial moment of fracture and the tensile strength of the fracture is proposed and applied to sandstone. This method is very powerful. A new method for estimating the tensile strength of the force wave is proposed.