Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

地殻工学 / 地震 / 資源 / AE / 鉱山 / 破壊

南アフリカ金鉱山の深度約1kmにおいて，採鉱により岩盤内で発生するAEを高分解能観測網により至近距離で計測し，様々な規模(数cm ～100m)の岩盤破壊を検出した．AE源の高精度決定により，厚さ数m，長さ約10-30mで傾斜する板状のダメージ構造を抽出できた．比較的緩やかな応力場変化に起因する大規模破壊は，広範な領域において岩盤が一気にせん断破壊を起こすのではなく，ダメージゾーンの形成が大規模破壊に至る重要な過程と考えられる知見が得られた．また，断層上の定常微小破壊活動，ゆっくり滑りの発生を示唆する活動，超微小繰り返し地震の活動など，これまで知られていなかった様々な微小破壊活動を発見した．

岩石 / 一軸圧縮 / 電磁波 / 亀裂 / 強度破壊点以降 / アコースティックエミッション / 破壊 / 花崗岩 / 岩盤 / 破壊過程 / 破壊予測 / 一軸圧縮試験

従来の研究で岩石の破壊時に電磁波が発生することが指摘されている。また、電磁波の発生は、アコースティック・エミッション(AE)と深く関わっていることは指摘されているが、その機構に関しては、不明な点が多い。
そこで本研究では、一軸圧縮破壊過程での岩石から発生する電磁波を測定することとした。まず、7種類の試料を用い、実験を行ったところ、稲田花崗岩、本小松安山岩、葛生苦灰岩では強度破壊点以降、比較大きな電磁波が発生することがわかった。しかしながら、三城目安山岩、秋芳大理石、来待砂岩、セメントモルタルでは雑音レベル以上の電磁波を観測することができなかった。この結果から、比較的強度が高く脆性的な岩石の方が発生する電磁波が大きいことがわかった。
次に、稲田花崗岩を用いて載荷条件を変化させた実験を行った。まず、歪速度を小さくした試験を行ったが、多少電磁波は小さくなったが、十分観測することできた。強度破壊点以降、急激な破壊を防ぎ、徐々に破壊を進行させる応力帰還制御によって試験を行ったが、わずかの応力の低下によっても電磁波が発生することがわかった。ただし、電磁波は小さくなり、発生回数は増加する結果となった。
以上の結果から、花崗岩をはじめとする、脆性岩石ではわずかな破壊でも比較的大きな電磁波を発生している可能性があることがわかった。今後は、鉱山や土木分野での岩盤崩壊の予測に、この研究を発展させたいと考える。

レーザー干渉計 / アコースティック・エミッション / コーティング / 微視破壊 / 波形解析 / 非破壊評価 / AE / レーザー / 干渉計 / 破壊

本研究では,非接触で媒体表面速度の絶対値が測定可能なレーザー干渉計をAEセンサーとして用いる手法の開発を進めた.これまでにこの手法により非接触でAEを検出できることを明らかにし,高温下でのコーティング材の破壊挙動の評価に適用し研究を行ってきた.ただこの手法には,圧電素子をAEセンサーに用いる接触式のシステムに比べて測定感度が劣るという欠点がある.本研究の目的はシステムを改良し測定感度を向上させることによって,AE検出能力を大幅に向上させることである.
具体的に行った改良点は以下の2つである.(1)もともとレーザードップラー振動計として設計されているこれまで用いてきた復調器を,その測定帯域をAEの帯域に絞り込むことにより,センサーとしての特性を向上させる。また,装置内部で発生する雑音成分を低減させるため,内部回路の見直しを行い,全体としてノイズレベルの低減を図る.(2)個々の干渉計ユニットは,AE以外に電磁ノイズや騒音などによる波形を拾ってしまうが,1チャンネル計測では波形からそれらの影響を取り除くことは困難である.また,不規則雑音成分は避けられない問題である.そこで,同一地点におけるAEを複数台のセンサーで検出し,それらの波形を後から数値平均することによって,立ち上がり位置やAEピークといったAE波形の特徴を損なうことなくノイズレベルのみを低減させることを試みた.
その上でレーザーAE法をコーティング材の熱サイクル試験に適用し,多チャンネルAE計測による割れの発生位置の同定や有限要素法による弾性波伝播シミュレーションによる破壊モードの評価を行い,破壊メカニズムの解明を目指した.またコーティング材の強度には溶射プロセスで導入される初期欠陥が影響すると考えられることから,溶射後の冷却過程でのAE発生挙動をモニタリングし,溶射条件が欠陥の発生に及ぼす効果について検討した.

【研究分担者】
中谷正生	東京大学	地震研究所	准教授	(Kakenデータベース)
川方裕則	立命館大学	理工学部	教授	(Kakenデータベース)
直井誠	京都大学	工学研究科	助教	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
岸輝雄	東京大学	物質・材料研究機構	理事長(研究職/">(Kakenデータベース)