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極低温環境下での非圧密非排水三軸圧縮試験による飽和含水岩石の強度特性の解明

低温环境下松散不排水三轴压缩试验阐明饱和水合岩石的强度特性

基本信息

批准号：
22K04302
负责人：
鴨志田直人
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Iwate University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

液化天然ガス（-162℃）の貯蔵に岩盤内貯蔵方式を用いる場合、貯蔵槽周辺岩盤内の間隙水は凍結することが想定されるため、その設計には水や氷が内在する岩盤の強度定数（粘着力・内部摩擦角）が必要となる。しかしながら、既存の三軸圧縮試験装置では、液体圧力媒体が温度の低下にともない固化するため供試体を冷却保持することが極めて難しく、極低温状態の岩石の強度定数は国内外問わず報告された例はない。本研究は、極低温状態にある岩石の強度定数の測定と間隙水が強度定数に与える影響を明らかにすることを目的としている。令和4年度は、研究代表者が開発した岩石用極低温三軸圧力室およびセル圧発生装置の改良による実験環境の改善を実施した。はじめに、液体圧力媒体に用いる非常に高価（約3,300円/ml)な超高圧力媒体油の使用削減を目的に、ピストンで２室に仕切られたシリンダー（圧力変換チャンバー)を冷却恒温槽の外側に取り付け、手動ポンプから押し出される安価な機械油を圧力変換チャンバー内で液体圧力媒体に置換することで三軸圧力室の側圧を載荷する方式にセル圧発生装置を改良した。次に、三軸圧力室全体を任意の温度条件まで冷却速度一定で冷却し、温度保持ができる冷却システムを開発した。この冷却システムは、寒剤（液体窒素）の吹き付けによる冷却と抵抗加熱式ヒーターによる加熱によって、温度を目標値に保つ方式を採用した。最後に、供試岩石に飽和含水状態の来待砂岩を用い、温度-50℃、側圧17MPaの条件下での非圧密非排水三軸圧縮試験を実施した。過去に温度-50℃で実施された一軸圧縮試験、圧裂引張試験および一面せん断試験の結果と比較した結果、本試験結果の妥当性を確認した。

When the storage method of liquefied natural gas (-162℃) in the storage medium is used, the strength of the rock disk (adhesion force and internal friction angle) is necessary for the design of the storage tank and the freezing of water in the gap of the rock disk. The existing triaxial compression test equipment is used to test the temperature of liquid pressure medium, and the strength of rock in extremely low temperature is determined by domestic and foreign reports. This study aims at determining the strength of rocks at extremely low temperatures, and at determining the strength of interstitial water. In 2010 and 2014, the research representative started to improve the working environment of cryogenic three-axis pressure chamber for rock and gas generation equipment. For example, the use of liquid pressure medium is very high (about 3,300 yen/ml), the use of ultra-high pressure medium oil is reduced, and the temperature of the cooling thermostat is reduced. The pressure generator is improved by means of manual pressure change of mechanical oil and displacement of liquid pressure medium in the three-axis pressure chamber. Second, the three-axis pressure chamber all under any temperature conditions, the cooling speed is constant, the temperature is maintained, the cooling system is open The cooling system, cooling agent (liquid), cooling agent, heating agent, temperature agent and target value are adopted. Finally, the non-pressure non-drainage triaxial compression test was carried out under the conditions of saturated water content, temperature of-50℃ and lateral pressure of 17MPa The results of the one-axis compression test, the one-axis tension test and the one-side disconnection test were compared and confirmed to be appropriate at-50℃.