Analysis of crack propagation in heterogeneous rock masses under high temperature and high pressure conditions

高温高压条件下非均质岩体裂纹扩展分析

基本信息

批准号：
21F21715
负责人：
佐藤晃
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kumamoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21F21715/
关键词：
地熱 CCS 水圧破砕き裂進展地層処分不均質岩盤

项目摘要

大規模地下空洞の掘削や大深度トンネル，あるいは地熱開発において岩盤の安定性の評価が非常に重要である。岩盤の安定性を評価する一番の要因は岩盤内部のき裂であり，様々な岩種あるいは様々な応力条件下でその進展挙動を把握する必要がある。本研究では，外国人研究員が主に個別要素法と有限要素用により，複雑な岩盤内部でのき裂進展挙動を数値解析により明らかにした。本共同研究では岩盤の不均質性を考慮したモデルを作成し，さらに様々な応力条件下により引張き裂，せん断き裂の進展範囲を明らかにした。本研究で対象としたので主に水圧破砕による静的な破壊および発破を模試した動的な破壊について，き裂進展の特徴を明らかにするとともに，岩盤の支える応力の再配分や空洞周辺の緩和能力についてお明らかにした。特に，水圧破砕のき裂進展では高温下の岩体でのき裂進展挙動の把握が重要である。岩盤は天然の材料であるがゆえに必然的に多数のき裂を有している。このような場に高温下の岩体に水を圧入した場合，岩石自体の不均質性に加えてその温度差から熱応力が発生する。したがって，き裂の進展挙動は周辺岩盤に作用する岩盤応力のみならず，この岩盤に作用する熱応力の影響を十分に理解する必要がある。本研究では，特にこの点に注目し，個別要素法と有限要素法を組み合わせたハイブリッド手法によりき裂進展挙動を明らかにした。これらの研究結果についてはRock Mechanics and Rock Engineering などの国際誌に投稿誌，既にその一部が受理されている。

在开挖大型地下洞室、深部隧道或地热开发时，岩石稳定性评估极为重要。评价岩石稳定性最重要的因素是岩石内部的裂纹，有必要了解其在各种岩石类型或各种应力条件下的扩展行为。在这项研究中，国外研究人员通过数值分析阐明了复杂岩体内部的裂纹扩展行为，主要采用离散元方法和有限元方法。在本次联合研究中，我们创建了考虑岩体非均质性的模型，并进一步明确了各种应力条件下拉裂和剪裂的扩展范围。本研究主要针对水力压裂引起的静态裂缝和模拟爆破的动态裂缝，除了明确裂缝扩展特征外，还研究了岩体支撑应力的重新分布和空洞周围区域的松弛。暴露了我的能力。特别是，当涉及水力压裂过程中的裂纹扩展时，了解高温下岩体中的裂纹扩展行为非常重要。由于岩石是天然材料，因此不可避免地存在许多裂缝。当水注入到这种地方的高温岩体中时，除了岩石本身的非均质性之外，还会因温差而产生热应力。因此，裂纹扩展行为不仅需要透彻了解作用在围岩上的岩石应力，还需要透彻了解作用在该岩石上的热应力的影响。在本研究中，我们特别关注这一点，并采用离散元法和有限元法相结合的混合方法来阐明裂纹扩展行为。这些研究成果已投稿至Rock Mechanics、Rock Engineering等国际期刊，部分已被接收。