圧縮応力下での時間依存型脆性破壊に関するマイクロメカニックス

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高い拘束圧縮応力下にある脆性材料の破壊現象は、地震予知、地熱エネルギー開発、高レベル原子力廃棄物の地層処分場立地のような深い岩盤への関心とともに、急速に高まっている。地下深部での空洞開削を可能にする技術の確立は、喫緊の課題であるが、特に、空洞周辺のクリープ破壊危険性の予知は、安全性確保の観点からも極めて重要である。本研究は、深部岩盤の時間依存挙動、特に、空洞周辺の安定問題を具体的な課題として取り組んだものであり、主な成果を要約すれば以下の通りである。1)マイクロクラックの進展は、クラックテンソルの増分によって十分記述できる。このことを踏まえ、高温(200℃)・高圧(180MPa)下でのクリープ試験を行い、クリープ破壊をクラックテンソルの不変量で定式化した。また、数値解析に必要な入力パラメータの決定法を確立し、数値実験の信頼性について、実験的に検証した。2)マイクロメカニックスの方法により、クラックの進展を追跡でき数値解析手法を提案している。この数値解析手法を、クリープ挙動の数値解析法として拡張し、地下深部空洞の安定問題に適用した。数値解析結果は、実験結果と照合した結果によると、花崗岩のクリープの巨視的挙動のみならず、クラック進展などの微視的な挙動についても、ある程度説明できることが示された。更に実測結果との照合を積み上げることによって、本解析手法が地下深部トンネルのクリープ破壊の危険性予知に活用できることが示された。