深海底におけるメタンハイドレート胚胎砂の力学特性に関する研究

本研究の目的は，深海底におけるメタンハイドレート(以下，MH)を含む砂の力学的挙動を，ミクロおよびマクロな視点から評価することにある。本研究では，南海トラフの模擬試料をはじめとする複数の砂に対してMHを生成させ，MH胚胎砂およびMHが分解した時の土の力学特性を評価した．実験面ではせん断試験を行い，細粒分の違いによる力学特性を評価した．その結果，MHによる強度の増加は，細粒分含有率が高いほど大きくなる傾向が認められた．変形挙動は，細粒分含有率が低いほどに局所変形が大きくなることが明らかとなった．また，初期剛性とMH飽和率の関係から，本研究で用いたMH胚胎砂中のMHの存在形態はLoad bearing型あるいはPatchy型であると推察した．この結果を踏まえ，高いせん断応力を与えた状態で減圧法によるMH生産を想定したMH分解実験を行った結果，減圧中に変形が認められ，要因はクリープ変形，有効応力の増加，MHの消失による間隙の増加等によるものと推察した．MH分解後，間隙水圧を元の水圧まで回復させると，せん断帯を伴って破壊した．細粒分含有率が高い試料は，せん断帯が生じるまでにも全体的に変形が生じることが明らかとなった．最後に，実験結果を基に個別要素法による解析を行った．本解析では，Load bearing型を想定した，間隙中に固結力を持つ粒子を有するモデルを作製し，この固結粒子を消去することでせん断試験およびMH分解実験の解析を行った．この結果，MHによる強度増加や分解実験中の供試体の変形，破壊を概ね再現できた．次に，南海トラフの地盤の土圧を参考に供試体に応力を与え，分解シミュレーションを行ったところ，分解中わずかに変形するものの，その後安定し，固結力を失っても破壊しないことが明らかとなった．このことから，南海トラフ水平地盤においては，MH分解後も地盤は安定することが示唆された．

本研究の目的は，深海底におけるメタンハイドレート(以下，MH)を含む砂の力学的挙動を，ミクロおよびマクロな視点から評価することにある。本研究では，南海トラフの模擬試料をはじめとする複数の砂に対してMHを生成させ，MH胚胎砂およびMHが分解した時の土の力学特性を評価した．実験面ではせん断試験を行い，細粒分の違いによる力学特性を評価した．その結果，MHによる強度の増加は，細粒分含有率が高いほど大きくなる傾向が認められた．変形挙動は，細粒分含有率が低いほどに局所変形が大きくなることが明らかとなった．また，初期剛性とMH飽和率の関係から，本研究で用いたMH胚胎砂中のMHの存在形態はLoad bearing型あるいはPatchy型であると推察した．この結果を踏まえ，高いせん断応力を与えた状態で減圧法によるMH生産を想定したMH分解実験を行った結果，減圧中に変形が認められ，要因はクリープ変形，有効応力の増加，MHの消失による間隙の増加等によるものと推察した．MH分解後，間隙水圧を元の水圧まで回復させると，せん断帯を伴って破壊した．細粒分含有率が高い試料は，せん断帯が生じるまでにも全体的に変形が生じることが明らかとなった．最後に，実験結果を基に個別要素法による解析を行った．本解析では，Load bearing型を想定した，間隙中に固結力を持つ粒子を有するモデルを作製し，この固結粒子を消去することでせん断試験およびMH分解実験の解析を行った．この結果，MHによる強度増加や分解実験中の供試体の変形，破壊を概ね再現できた．次に，南海トラフの地盤の土圧を参考に供試体に応力を与え，分解シミュレーションを行ったところ，分解中わずかに変形するものの，その後安定し，固結力を失っても破壊しないことが明らかとなった．このことから，南海トラフ水平地盤においては，MH分解後も地盤は安定することが示唆された．