傾斜破砕岩盤の締固め変形挙動とエネルギー散逸特性に関する実験的研究

科学分野:

• 岩盤力学
• 地盤工学
• 破壊力学

背景:

• 空洞崩壊帯における破砕岩盤の力学的挙動の理解は、鉱山の安定性にとって極めて重要です。
• 粒子のサイズ分布（粒度）が岩盤の変形とエネルギー散逸に与える影響については、さらなる調査が必要です。

研究 の 目的:

• 側方拘束を伴う軸圧縮下での、異なるタルボット粒度分布指数を持つ破砕岩盤の変形およびエネルギー散逸特性を調査すること。
• 岩盤の締固め、フラクタル次元の変化、および音響放射（AE）エネルギー放出パターン間の関係を分析すること。

主な方法:

• 側方拘束を制御した破砕岩盤に対し、軸圧縮試験を実施しました。
• 異なる粒子サイズ分布を表すタルボット粒度分布指数（n=0.2-1.0）を変化させました。
• 音響放射（AE）技術を用いて、リアルタイムのエネルギー放出を監視しました。

主要な成果:

• 岩盤の締固めは、初期、線形、塑性締固めの3つの明確な段階で発生し、空隙率は応力とともに非線形に減少しました。粒度分布指数が高いほど、初期空隙率は高くなりましたが、締固め後の最終的な空隙率の減少は小さくなりました。フラクタル次元は締固め後に著しく増加し、岩盤構造の均質化を示唆しました。音響放射（AE）エネルギーの進化は締固め段階と相関し、初期段階では低エネルギー・高周波信号が、後期段階では高エネルギー・低周波イベントが観測されました。

結論:

• 粒度分布指数は、破砕岩盤の締固め挙動と空隙率減少に著しく影響します。
• フラクタル次元は、岩盤締固め中の構造均質化の指標として機能します。
• 音響放射（AE）分析は、岩盤変形中のエネルギー散逸メカニズムと粒子破砕プロセスに関する洞察を提供し、粒度分布指数に基づいて異なるエネルギー放出モードが観測されました。