動的破壊プロセスを考慮した岩石材料の動的引張強度の評価

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申請者が提案した水中衝撃波を用いた動的破壊挙動実験装置を使用して一連の実験を行い、動的破壊プロセスを含む引張強度を評価するために必要な情報の収集を行った。実験と数値解析とを組み合わせ、動的引張強度評価方法の確立を目指し研究を行った。装置は、爆薬部、水で満たされたPMMAパイプ部、ならびに円筒状岩石試料からなる。爆発エネルギーをPMMAパイプ中の水に導入し、水中衝撃波を発生させる。PMMA部の長さを調整するだけで、試料に採用する荷重を制御できるところが最大の特徴であり、荷重作用面ならびにその反対側の自由面近傍における破壊挙動の情報を取得できる。すでにPMMA部長さの違いが破壊挙動に及ぼす影響評価のための十分な情報を得た。本年度は試料寸法の影響の検討を行うために、直径の異なる試料について実験を行った。直径を60〜20mmとした場合について、PMMAパイプ部の長さを70mm,100mmとして実験を行った。レーザー速度計を用いた自由面速度履歴、高速度撮影による破壊状況の観察を主に行った。同一条件下もと、自由面速度履歴には再現がある。初期に生成される主亀裂位置は、荷重速度が大きい場合は同一条件下で顕著な違いが無いが、荷重速度が小さくなると顕著なばらつきが確認される。同一荷重条件下では、直径の違いによらず波形の立ち上がり時間について顕著な違いはない。ピークからの減衰率につて、直径40mm以上の場合と比較して、20mmの場合が大きい。破断は破壊過程が始まってから100μs以下の短い時間で達成される。本年度の研究で動的引張強度を評価するために必要十分なデータ収集は達成された。この成果は17年度の国際会議で発表予定である。爆薬の爆轟から水中衝撃波が発生・伝播し試料と干渉するまでの過程を一貫して数値解析した。PMMA部長さの違いにより試料に入射直後の圧力が顕著に変化する。実験との対比より、少なくとも500MPaの衝撃圧が作用したとき爆源側の試料端面が大きく破壊される。