X線CTを用いた地下人工き裂の変形挙動及び透水現象の可視化

利用 X 射线 CT 可视化地下人工裂缝的变形行为和渗透现象

基本信息

批准号：
13750862
负责人：
佐藤晃
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kumamoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750862/
关键词：
X線CT 透水亀裂可視化トレーサー X線 CT 岩石画像処理

项目摘要

本研究は、水圧破砕き裂の力学的挙動の分析ならびにき裂内流体の岩盤内への浸透現象の分析にX線CTを用いる点にある。すなわち、これまでボアホール壁面でのみ直接計測が可能であったき裂の力学的挙動、形状、き裂内流体の浸透の定量的評価を、対象領域全体に渡って分析することが可能になる点に大きな特徴がある。本年度は、「き裂内流体浸透現象の可視化」および「水圧破砕き裂の力学的挙動計測試験」を計画通りに実施した。その成果として、比較的ポーラスな岩石内部への流体の浸透量と浸透の分布をX線CTにより可視化した。また、X線CTデータにより透水係数の定量的評価を行うとともに、透水特性の流入圧依存性について分析を行った。また、本年度は空隙の少ない岩盤での透水現象の可視化には必要不可欠である造影剤の開発を実施した。その結果、動粘度が溶質濃度に依存しない造影剤を用いるトレーサー実験法を世界に先駆けて開発するとともに、従来困難であった飽和材料内部流れの可視化、並びに溶質の保存則に基づく速度場解析に成功した。水圧破砕き裂の力学的挙動計測については、画像間差分を応用した亀裂開口量の新たな評価方法を開発した。この方法は、亀裂内に流体が進入する前後での画像間差分を実施することにより岩石の不均質性を除去出来るという特徴を持ち、花崗岩のように比較的粒径の大きい不均質な岩石材料についても亀裂の変形挙動の計測が可能であることを明らかにした。これらの成果は、資源素材学会誌「資源と素材」に論文として発表する予定である。さらに、平成15年11月6日〜7日に熊本で開催する「X線CTの地盤工学への応用に関する国際ワークショップ」においても成果発表する予定である。

本研究利用X射线CT分析水力压裂裂缝的力学行为和流体渗入岩体的现象。换句话说，现在可以定量评估整个目标区域上裂缝的力学行为、形状和流体渗透程度，这在以前只能在钻孔壁上直接测量具有很大的特点。今年，我们按计划开展了“裂缝中流体渗透现象的可视化”和“测量水力压裂裂缝力学行为的试验”。因此，我们使用 X 射线 CT 可视化了渗透到相对多孔岩石中的流体的数量和分布。此外，我们利用X射线CT数据定量评估了渗透率系数，并分析了渗透率特性的流入压力依赖性。此外，今年，我们开发了一种造影剂，对于可视化几乎没有空隙的岩石中的水渗透现象至关重要。因此，我们在世界上第一个开发了使用运动粘度不依赖于溶质浓度的造影剂的示踪剂实验方法，以及可视化饱和材料的内部流动，这在以前是很困难的，并且根据溶质守恒定律分析速度场成功。关于水力压裂裂缝力学行为的测量，我们开发了一种利用图像间差异评估裂缝张开量的新方法。该方法的特点是可以通过在流体进入裂缝前后进行图像减影来去除岩石中的非均质性，并且可以用于去除花岗岩等晶粒尺寸较大的非均质性岩石材料。可以测量裂纹的变形行为。这些结果将作为论文发表在日本资源材料学会的《资源与材料》杂志上。此外，研究结果还将在2003年11月6日至7日在熊本举行的“X射线CT在岩土工程中的应用国际研讨会”上公布。