メタンハイドレート分解による海底地盤の化学－熱－力学連成挙動の解明

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本年度は(1)CO2ハイドレート含有供試体の分解実験, (2)ハイドレート含有供試体の非排水三軸圧縮試験, 及び(3)三軸圧縮試験に対する弾粘塑性構成式の適用を行った.(1)の分解実験では, これまではCO2ハイドレート分解時の間隙圧力を計測するにとどまっていたが, 本年度の実験では分解時の供試体の変形を計測することに成功した. その結果, ハイドレートの分解が始まり過剰間隙圧力が上昇すると, 供試体は膨張方向に急激に変形し始める挙動が見られた. また, 間隙圧力が最大となる時点で膨張方向の変形も最大となり, その後間隙圧力が減少すると, 膨張ひずみも緩やかに減少した. これより, ハイドレート分解時の地盤の変形量を評価する際のパラメータとして, 過剰間隙圧力が一つ挙げられると考えられる.(2)の非排水三軸圧縮試験では, CO2ハイドレート含有砂供試体に対して初期平均有効応力を, 1MPa, 2MPa, 3MPaと変更し3ケースを実施し, さらに比較のためにそれぞれの初期平均有効応力に対してハイドレートを含有しない豊浦砂の飽和供試体で3ケース行った. 実験結果より, ハイドレートを含有することによって初期のせん断剛性が増加することが分かった. また初期だけではなく, 軸ひずみ20%の限界状態においても軸差応力は非含有のものより大きくなった. ハイドレート含有供試体は, 限界状態における軸差応力が大きくなり, いわゆる密な砂の挙動を示した. しかしその一方で, 限界状態における応力比はハイドレート含有・非含有に関係なくいずれのケースにおいても一定の値となった.(3)では, 上記非排水三軸圧縮試験の構成式によるシミュレーションを実施した. その結果, 本研究で用いた弾粘塑性構成式は, 実験結果を精度よく再現することができることが分かった.