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

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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。