岩石の適正比率に関する実験的研究

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9288 (2023) この記事を引用

336 アクセス

メトリクスの詳細

水による岩盤の強度低下は、岩石の斜面を不安定にする重要な要因です。 岩石斜面の水と岩石の相互作用の劣化プロセスをよりよく示すために、水感受性調整剤としてベントナイトを使用し、セメント-石膏結合材料に基づいて水による強度劣化の特徴と一致する新しい岩石状材料を構築しました。 4つの因子と5つの変数レベルを考慮した直交計画法を用いて材料混合比率の25スキームを設計し、物理機械的パラメータを求めるために様々な実験を行った。 さらに、岩石状物質の割合の 1 つのグループが選択され、大規模物理モデル試験に適用されました。 実験結果により、(1) この岩石状物質の破壊モードは自然の岩塊の破壊モードと非常に類似しており、物理機械的パラメータは広範囲にわたって変化します。 (2) ベントナイト含有量は、岩石状物質の密度、弾性率、引張強さに大きな影響を与えます。 (3) 線形回帰分析に基づいて回帰式を取得し、岩石状物質の割合を決定することが可能です。 (4) 新しい岩石状材料は、適用を通じて、水による劣化下での岩石斜面の起動メカニズムと不安定特性を効果的にシミュレートまたは明らかにすることができます。 これらの研究は、他のモデル試験で岩石状材料を製造するためのガイドとして役立ちます。

斜面の不安定性は多大な経済的損失や死傷者を引き起こすことが多いため、斜面の不安定性のメカニズムは工学地質学の国際研究において常に最前線の問題となってきました1,2。 水と岩石の相互作用によって引き起こされる弱化効果は、岩石斜面の安定性に大きな影響を与えます3,4。 多くの工学研究により、斜面の不安定性は通常、雨季に観察されることが示されています5、6、7。 大規模な岩石崩壊は、その複雑な構造、強い突然性、および強力な隠蔽性のため、通常、調査するのが困難です8,9。 物理モデル試験は、岩石工学における複雑な地質条件下での岩盤の変形と進化の法則を効果的に明らかにすることができ、操作性が高く、サイクルが短く、直感的な結果が得られるという利点があります10,11,12,13。 材料と混合量は物理モデルの特性に大きな影響を与えるため、科学的かつ許容可能な同様の材料の選択がモデル テストの前提条件となります14、15。

物理モデル試験の開発以来、岩石状物質の割合について多くの研究が行われてきました。 岩石状物質の選択と混合の基本原理を発見するために、数多くの予備研究が実施されました 16、17、18。 その後、さまざまな種類の岩石を模倣するために使用される材料の数が増加しました。これらの材料は、硬岩、軟岩、および流体と固体の結合材料の 3 つのグループに分類できます。 強度や脆性などの物理機械的特性は、硬い岩のような材料の類似性を示す主な指標です。 セメント-石膏結合材料は硬岩をシミュレートするために最も一般的に使用され、その機械的挙動は自然の岩塊の挙動と一致します。 ただし、硬化期間は長くなります19、20、21。 ロジンとアルコールのような材料の生成により、岩石状材料の硬化時間が大幅に短縮され、これらの材料は高い体積重量、低い弾性率、安定した性能も誇ります。 しかし、同時にその脆さも軽減される22,23,24。 柔らかい岩のような材料の場合、モデル試験の妥当性を向上させるために、その軟化効果を考慮する必要があります25、26、27。 前述の岩石状物質は、岩石状物質の研究を大幅に充実させ、将来のモデル試験研究の基礎を築きました。