特開 2024-81391 岩石の湿度変化による割れ目進展速度の推定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024081391

(43)【公開日】2024-06-18

(54)【発明の名称】岩石の湿度変化による割れ目進展速度の推定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 17/00 20060101AFI20240611BHJP

   G01N 3/00 20060101ALI20240611BHJP

   E02D 1/04 20060101ALI20240611BHJP

【ＦＩ】

G01N17/00

G01N3/00 D

E02D1/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022194992

(22)【出願日】2022-12-06

(71)【出願人】

【識別番号】000173784

【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100116207

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100096426

【弁理士】

【氏名又は名称】川合 誠

(72)【発明者】

【氏名】久河 竜也

(72)【発明者】

【氏名】浦越 拓野

【テーマコード（参考）】

2D043

2G050

2G061

【Ｆターム（参考）】

2D043BA08

2D043BA10

2G050BA03

2G050EA02

2G050EB01

2G061AA20

2G061AC09

2G061BA03

2G061CA06

2G061CB03

2G061CB07

2G061EA04

2G061EB04

(57)【要約】

【課題】岩石の割れ目進展速度を予測することが可能となり、それにより、岩盤からの落石発生時期を予測することも可能となり、災害事象を防止することができるようにする。
【解決手段】サンプリングした岩石から供試体を作製する工程と、供試体に温度一定の条件下で相対湿度の変化を与え、供試体のひずみを計測する工程と、供試体のひずみの計測結果に対してフィッティングを行うことによって、ひずみの変化速度を表す式の定数の値を求める工程と、ひずみの変化速度を表す式と、等方な岩石内で応力とひずみとの関係を表す式とから、岩石内の遠方応力を得る工程と、遠方応力から、岩石内の割れ目に関する応力拡大係数を得る工程と、応力拡大係数から、パリス則による割れ目進展速度を推定する工程と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

サンプリングした岩石から供試体を作製する工程と、
前記供試体に温度一定の条件下で相対湿度の変化を与え、前記供試体のひずみを計測する工程と、
前記供試体のひずみの計測結果に対してフィッティングを行うことによって、ひずみの変化速度を表す式の定数の値を求める工程と、
前記ひずみの変化速度を表す式と、等方な岩石内で応力とひずみとの関係を表す式とから、岩石内の遠方応力を得る工程と、
前記遠方応力から、岩石内の割れ目に関する応力拡大係数を得る工程と、
前記応力拡大係数から、パリス則による割れ目進展速度を推定する工程と、を備え、
前記ひずみの変化速度を表す式は、前記ひずみの変化速度は現在のひずみと平衡状態のひずみとの差に比例し、前記平衡状態のひずみは相対湿度に対して線形に変化することを表すことを特徴とする岩石の湿度変化による割れ目進展速度の推定方法。

【請求項2】

割れ目で境された不安定な岩塊がある場合、推定された前記割れ目進展速度に基づき、割れ目残存部の耐力が岩塊の荷重による引張力を下回るまでの時間を算出することによって落石発生時期を推定し得る、請求項１に記載の岩石の湿度変化による割れ目進展速度の推定方法。

【請求項3】

前記フィッティングは、相対湿度を階段状に変化させ、前記供試体のひずみが一定値になるまで前記ひずみを計測することを複数回繰り返した計測結果に対して行われる、請求項１に記載の岩石の湿度変化による割れ目進展速度の推定方法。

【請求項4】

前記岩石は、鉄道の線路沿線に分布する岩盤からサンプリングされる、請求項１に記載の岩石の湿度変化による割れ目進展速度の推定方法。

【請求項5】

前記ひずみの変化速度を表す式は以下の式である、請求項１に記載の岩石の湿度変化による割れ目進展速度の推定方法。

ε：ひずみ
ｔ：時間
Ｈ：相対湿度
ｋ、ａ、ｂ：フィッティングを行うことによって求められる定数

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、岩石の湿度変化による割れ目進展速度の推定方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、岩盤等を構成する岩石の割れ目や間隙についての情報を得るために、各種の技術が提案されている（例えば、特許文献１～３参照。）。

【0003】

例えば、特許文献１に記載された技術では、地中の岩盤の割れ目及び間隙についての情報を得ることができる。また、特許文献２に記載された技術では、切羽奥部の岩盤内の割れ目分布を探索することができる。さらに、特許文献３に記載された技術では、割れ目の進展を含む岩石破砕に関して、割れ目のネットワークの描画を行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平０５－２４７９２０号公報

【特許文献2】特開平０４－１９０１８７号公報

【特許文献3】特許第６９２６３５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、前記従来の技術では、現状の割れ目に関する情報を得ることができるものの、割れ目が将来拡大することに関して、割れ目の進展に寄与する条件等の情報を得ることができず、岩盤中の岩石の割れ目の進展速度を推定することはできなかった。

【0006】

岩石の割れ目の進展速度を推定することができれば、岩石の割れ目の進展による岩盤からの落石発生時期の予測に寄与するので、落石によって鉄道等のインフラストラクチャー、すなわち、インフラが受ける被害を回避又は低減することができる。

【0007】

なお、岩石の割れ目の進展には、乾湿の繰り返し、気温の変化に起因する応力の発生、割れ目内の水の凍結膨張、割れ目内に貫入した木根の成長等の様々な自然現象が寄与する。これらの自然現象のうち、乾湿の繰り返しと気温の変化とを比較すると、気温の変化よりも、乾湿の繰り返しによるひずみの発生の方が、岩石の割れ目の進展に寄与する程度が大きい。また、割れ目内の水の凍結膨張は、寒冷地では重要であるが、寒冷地以外の凍結が生じない地域では無視し得るものである。さらに、割れ目内に貫入した木根は、特に強風時に割れ目に荷重を付与するが、強風時には、インフラの使用停止、インフラの点検等の措置を行うことによって、災害事象を防止することができる。

【0008】

ここでは、前記従来の技術の問題点を解決して、岩石の割れ目進展速度を予測することを可能とし、その結果を岩盤からの落石発生時期の予測につなげることで、災害事象を防止することができる岩石の湿度変化による割れ目進展速度の推定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

そのために、岩石の湿度変化による割れ目進展速度の推定方法においては、サンプリングした岩石から供試体を作製する工程と、前記供試体に温度一定の条件下で相対湿度の変化を与え、前記供試体のひずみを計測する工程と、前記供試体のひずみの計測結果に対してフィッティングを行うことによって、ひずみの変化速度を表す式の定数の値を求める工程と、前記ひずみの変化速度を表す式と、等方な岩石内で応力とひずみとの関係を表す式とから、岩石内の遠方応力を得る工程と、前記遠方応力から、岩石内の割れ目に関する応力拡大係数を得る工程と、前記応力拡大係数から、パリス則により割れ目進展速度を推定する工程と、を備え、前記ひずみの変化速度を表す式は、現在のひずみと平衡状態のひずみとの差に比例し、前記平衡状態のひずみは相対湿度に対して線形に変化することを表し、以下の式のように書ける。

ε：ひずみ
ｔ：時間
Ｈ：相対湿度
ｋ、ａ、ｂ：フィッティングを行うことによって求められる定数

【0010】

前記フィッティングは、相対湿度を階段状に変化させ、前記供試体のひずみが一定値になるまで前記ひずみを計測することを複数回繰り返した計測結果に対して行われる。

【0011】

さらに、割れ目で境された不安定な岩塊がある場合、推定された前記割れ目進展速度に基づき、割れ目残存部の耐力が岩塊の荷重による引張力を下回るまでの時間を算出することによって落石発生時期を推定し得る。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、岩石の割れ目進展速度を予測することが可能となり、それにより、岩盤からの落石発生時期を予測することも可能となり、災害事象を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施の形態における剥落型落石の例を説明する図である。

【図2】本実施の形態における岩石の供試体に湿度変化を与える実験を示す模式図である。

【図3】本実施の形態における岩石の供試体を示す写真である。

【図4】本実施の形態における岩石の供試体に湿度変化を与える実験での温度及び湿度の変化を示すグラフである。

【図5】本実施の形態における岩石の供試体に湿度変化を与える実験の結果を示すグラフである。

【図6】本実施の形態における平衡状態の岩石のひずみの概念図である。

【図7】本実施の形態における岩石の供試体に湿度変化を与える実験の結果に基づいて得られた岩石のひずみと湿度との関係を示すグラフである。

【図8】本実施の形態における岩盤の岩石内の応力分布を示す模式図である。

【図9】本実施の形態における不安定岩塊を含む岩盤を示す模式図である。

【図10】本実施の形態における落石発生時期を推定する方法の動作を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

【0015】

図１は本実施の形態における剥落型落石の例を説明する図である。なお、図において、（ａ）は岩盤斜面の一例を示す写真、（ｂ）は（ａ）の一部の割れ目の状態及び岩塊が割れ目で分離して落下する状態を示す模式図である。

【0016】

図に示されるような岩盤１０の斜面において、割れ目１１で境された不安定岩塊１２は、温度変化、乾湿繰り返し等の作用を受けて割れ目１１が進展し、割れ目１１で分離して落石１２ａとなって落下する。すなわち、落石発生に至る。重要なインフラの一つである鉄道の線路沿線に分布する岩盤１０の斜面に対し、効率的にハード対策を実施するためには、落石発生の場所、時期、規模等を予測することができることが望ましい。

【0017】

そこで、本実施の形態においては、落石発生時期の予測に活用することができる岩石の湿度変化による割れ目進展速度の推定方法について説明する。

【0018】

なお、落石発生によって被害を受けるインフラは鉄道に限るものではないが、ここでは、説明の都合上、鉄道である場合について説明する。また、岩盤１０の斜面も、いかなる場所に分布するものであってもよいが、ここでは、説明の都合上、鉄道の線路沿線に分布するものとして説明する。

【0019】

さらに、岩石の割れ目１１の進展には、岩石の湿度変化以外にも様々な自然現象が寄与するが、「発明が解決しようとする課題」の項において説明した理由によって、気温の変化、及び、割れ目内の水の凍結膨張は、本実施の形態における考慮の対象外とする。また、豪雨、強風及び地震の際には、事前に定められた規制値を超えると、列車の徐行や運転見合わせのような措置が取られ、鉄道の安全が確保されるようになっているので、豪雨、強風及び地震も、本実施の形態における考慮の対象外とする。

【0020】

次に、本実施の形態における岩石のひずみの変化速度を測定する実験について説明する。

【0021】

図２は本実施の形態における岩石の供試体に湿度変化を与える実験を示す模式図、図３は本実施の形態における岩石の供試体を示す写真、図４は本実施の形態における岩石の供試体に湿度変化を与える実験での温度及び湿度の変化を示すグラフ、図５は本実施の形態における岩石の供試体に湿度変化を与える実験の結果を示すグラフ、図６は本実施の形態における平衡状態の岩石のひずみの概念図、図７は本実施の形態における岩石の供試体に湿度変化を与える実験の結果に基づいて得られた岩石のひずみと湿度との関係を示すグラフである。

【0022】

一般に、多孔質材料は、温度変化や含水率変化によってひずみが生じる。すなわち、温度変化に関して、多孔質材料は、温めると伸び、冷やすと縮む。また、含水率変化に関して、多孔質材料は、吸水すると伸び、乾燥すると縮む。

【0023】

そこで、岩石に温度変化や湿度変化を与えて岩石のひずみを測定したところ、常温では、主として湿度変化によってひずみが発生することが分かった。常温とは、ＪＩＳＺ８７０３では、２０〔℃〕±１５〔℃〕（５〔℃〕～３５〔℃〕）と規定されている。なお、温度変化時には、温めると縮み、冷やすと伸びるという結果であった。これは、温めると水分が蒸発して乾燥し、その結果縮む、という現象が起きているからである、と突き止めることができた。

【0024】

このような理由から、本実施の形態においては、岩石の供試体１３を作製し、図２に示されるように、恒温恒湿槽１５に供試体１３を入れ、加湿及び除湿を繰り返すことにより、供試体１３に湿度変化を与え、相対湿度とひずみとの関係を測定した。

【0025】

前記供試体１３は、具体的には、図３に示されるように、来待砂岩及び田下凝灰岩のブロックから作製した板状の部材であり、その寸法は、厚さ１５〔ｍｍ〕、幅３０〔ｍｍ〕、長さ１３０〔ｍｍ〕である。そして、幅３０〔ｍｍ〕及び長さ１３０〔ｍｍ〕の二面の中央にひずみゲージが貼り付けられている。なお、岩石中の平均粒径は、来待砂岩の場合０．６０〔ｍｍ〕であり、田下凝灰岩の場合０．４９〔ｍｍ〕である。また、ひずみゲージのゲージ長は、平均粒径の１０倍以上となる１０〔ｍｍ〕である。

【0026】

実験は、雰囲気温度（空気の温度）を一定とし、相対湿度のみを変化させて行われた。具体的には、恒温恒湿槽１５内に、来待砂岩の供試体１３及び田下凝灰岩の供試体１３を２個ずつ入れ、図４に示されるように、空気の温度を３５〔℃〕で一定に保持し、相対湿度を４０〔％〕～８５〔％〕の範囲で変化させ、ひずみゲージによって各供試体１３のひずみを測定した。なお、図４において、横軸は経過時間〔時〕を示し、左縦軸は相対湿度〔％〕を示し、右縦軸は温度〔℃〕を示している。

【0027】

そして、前記実験の結果が図５に示されている。なお、図５において、横軸は実験開始からの経過時間〔時〕を示し、左縦軸はひずみ〔１０^-6〕を示し、右縦軸は相対湿度〔％〕を示している。

【0028】

図５に示される結果から、供試体１３に対してステップ関数状の湿度変化を与えると、（Ａ）ひずみが、遅れを持って湿度変化に応答し、平衡状態のひずみε^eqに漸近する挙動を示すこと、及び、（Ｂ）平衡状態のひずみε^eqは、湿度を上昇させると増加し、湿度を低下させると減少すること、が分かる。なお、図６には、平衡状態のひずみε^eqの概念が示されている。図６において、横軸は経過時間を示し、縦軸は、上側のグラフでは相対湿度を示し、下側のグラフではひずみを示している。

【0029】

このことから、相対湿度をＨとした場合、温度一定の条件下では、（Ｃ）ひずみεの変化速度は、現在のひずみεと、平衡状態のひずみε^eq、すなわち、最終的なひずみε^eqとの差に比例すること、及び、（Ｄ）最終的なひずみε^eqは、相対湿度Ｈに対して線形に変化すること、が分かる。

【0030】

上記（Ｃ）及び（Ｄ）のことは、実験で定められる定数ｋ、ａ、ｂを用いて、以下の式（１）及び（２）のように表すことができる。

【0031】

【数1】

【0032】

そして、前記式（１）及び（２）より、以下の式（３）を得ることができる。

【0033】

【数2】

【0034】

ここで、定数ｋ、ａ、ｂの値は、図５に示されるような実験結果（計測結果）に対してフィッティングを行うことによって得ることができる。フィッティングした例は、図７に示されている。なお、図７において、横軸は時間〔分〕を示し、左縦軸はひずみ〔１０^-6〕を示し、右縦軸は相対湿度〔％〕を示している。

【0035】

実際にフィッティングを行う場合、温度一定で相対湿度を変化させることができる恒温恒湿槽１５又は炉を用意する。また、図３に示されるような岩石の供試体１３を作製し、その両面にひずみゲージを貼り付ける。そして、恒温恒湿槽１５又は炉内に供試体１３を入れ、相対湿度を変化させ、ひずみを記録する。このとき、相対湿度は、図６に示されるように、階段状に変化させる。また、ひずみは、一定値になるまで計測する。このような試験を繰り返し実施することにより、フィッティングによって得られる定数ｋ、ａ、ｂの値の精度を高めることができる。

【0036】

次に、前記実験によって得られた知見に基づく、岩石の割れ目１１の進展速度を推定する方法について説明する。

【0037】

図８は本実施の形態における岩盤の岩石内の応力分布を示す模式図である。なお、図において、（ａ）は割れ目のない等方な岩石内を示す図、（ｂ）は割れ目のある岩石内を示す図である。

【0038】

図８（ａ）に示されるような等方な岩盤１０の岩石内での応力σとひずみεとの関係は、ｉ及びｊ＝ｘ、ｙ、ｚとすると、一般に以下の式（４）によって得ることができる。
σ_ij＝２Ｇε_ij＋２Ｇν／（１－２ν）ε_kkδ_ij ・・・式（４）

【0039】

ここで、Ｇはせん断剛性率、νはポアソン比、δ_ijはクロネッカーのデルタ（δ）で、ｉ＝ｊのときはδ_ij＝１、ｉ≠ｊのときはδ_ij＝０である。また、ε_kkは体積ひずみであり、ε_kk＝ε_xx＋ε_yy＋ε_zzである。

【0040】

そして、前記式（３）及び（４）から、適当な境界条件の下における割れ目１１のない岩石内の応力分布が分かる。なお、実際の岩盤１０の岩石の場合、前記式（３）に代入される相対湿度Ｈは、現地で計測した相対湿度である。

【0041】

ここで、図８（ｂ）に示されるような長さｗの割れ目１１を含む岩盤１０の岩石を考えると、割れ目１１の先端から距離ｒ（ここでは、ｒ≪ｗであるものとする。）の点における応力は、以下の式（５）によって表される。
割れ目先端から距離ｒにおける応力＝Ｋ／ｓｑｒｔ（２πｒ） ・・・式（５）

【0042】

ここで、ＫはモードＩの亀裂（割れ目１１）に関する応力拡大係数であり、以下の式（６）によって表される。
Ｋ∝σ₀ ｓｑｒｔ（πｗ） ・・・式（６）

【0043】

なお、σ₀ は遠方応力であり、前記式（３）及び（４）から算出される。

【0044】

ここで、繰り返しに対する疲労の観点から、パリス則（Ｐａｒｉｓ ｌａｗ）を適用すると、割れ目１１の進展する速度は、以下の式（７）によって表される。
疲労での割れ目進展速度＝Ｃ（ΔＫ）^m ・・・式（７）

【0045】

なお、ΔＫは、応力拡大係数範囲であり、Ｋの最大値と最小値との差である。また、Ｃ及びｍは、材料によって定まる定数である。Ｃ及びｍの値は、文献に記載されている値を用いることができ、記載されていない場合には実験によって定めることができる。

【0046】

応力が引張応力である場合を正として、Ｋの最大値及び最小値は前記式（６）から定まる（圧縮応力が作用する場合、Ｋの最小値は０とする。）。

【0047】

以上によって、前記式（７）から、疲労での割れ目進展速度を定めることができる。

【0048】

つまり、サンプリングした岩石から供試体１３を作製する工程と、供試体１３に温度一定の条件下で相対湿度の変化を与え、供試体１３のひずみεを計測する工程と、供試体１３のひずみεの計測結果に対してフィッティングを行うことによってひずみεの変化速度を表す式（３）の定数ｋ、ａ、ｂの値を求める工程と、ひずみεの変化速度を表す式（３）と等方な岩石内で応力σとひずみεとの関係を表す式（４）とから岩石内の遠方応力σ₀ を得る工程と、遠方応力σ₀ から岩石内の割れ目１１に関する応力拡大係数Ｋを得る工程と、応力拡大係数Ｋからパリス則による割れ目進展速度を推定する工程を行うことによって、岩石の湿度変化による割れ目進展速度を推定することができる。

【0049】

次に、落石発生時期を推定する方法について説明する。

【0050】

図９は本実施の形態における不安定岩塊を含む岩盤を示す模式図である。

【0051】

割れ目進展速度を用いた落石発生時期の推定には、いくつかの方法が考えられる。得られた落石発生時期の中で、最も短い落石発生時期を用いて対策工の設置計画等に活用することによって、工学的に安全側の評価となる。

【0052】

亀裂（割れ目１１）の長さが無限大に発散する時間を落石発生時期とする場合、例えば、パリス則を時間発展式として解いた結果求まるｔｆを落石発生時期とみなすことができる（例えば、非特許文献１参照。）。ｔｆは以下の式（８）によって表される。

【0053】

【数3】

【0054】

ここで、ｗ₀ は時刻０の亀裂の長さである。

【0055】

【非特許文献1】奈良禎太ら、「岩石と高強度高緻密コンクリートにおけるサブクリティカルき裂進展と長期強度」、日本材料学会編、材料、Ｖｏｌ．５８、Ｎｏ．６、ｐｐ．５２５－５３２、２００９年６月

【0056】

また、図９に示されるように、岩盤１０の岩塊１４中に割れ目１１で境された不安定岩塊１２があった場合、割れ目残存部の耐力が岩塊１４の荷重による引張力を下回ったときに破断する。つまり、以下の式（９）が成立するときに破断する、とも考えられる。
Ｓｔ（Ｌ－ｗ）＜ρｇｈｃｏｓθ ・・・式（９）

【0057】

ここで、Ｓｔは引張強度、Ｌは不安定岩塊１２の幅、ｗは割れ目１１の長さ、ρは不安定岩塊１２の密度、ｇは重力加速度、ｈは不安定岩塊１２の下端から割れ目１１までの高さ、θは重力と引張力の作用する方向との角度である。

【0058】

なお、Ｌ及びｈの値は、岩盤１０の表面を測定することによって得られる。また、ｗの値は、岩盤１０を横から見て測定することができれば、その値を用いるが、目視では測定することができず、割れ目１１の奥行きが分からない場合は、振動測定によって推定可能である（例えば、非特許文献２参照。）。

【0059】

不安定岩塊１２の卓越周波数ｆは、以下の式（１０）によって表される。

【0060】

【数4】

【0061】

ここで、Ｅは不安定岩塊１２のヤング率、ｄは割れ目１１の開口幅である。なお、不安定岩塊１２の重心は、割れ目１１からｈ／２の位置にあるものとする。

【0062】

卓越周波数ｆを測定することによって、前記式（１０）から、割れ目１１の長さ（奥行き）ｗを得ることができる。

【0063】

【非特許文献2】上半ら、「非接触振動計測による岩塊崩落危険度の定量評価手法の検討」、鉄道総研報告、Ｖｏｌ．２６、Ｎｏ．８、ｐｐ．４７－５２、２０１２

【0064】

そして、割れ目１１の長さｗの進展速度は、前述のように、式（７）によって定めることができるので、前記式（９）が成立するまでに至る時間が分かる。これにより、落石発生時期を推定することができる。

【0065】

なお、前記式（８）によって表されるｔｆを落石発生時期とみなす場合と、前記式（９）が成立するまでに至る時間によって落石発生時期を推定する場合とでは、後者のほうが安全側の評価となる。ただし、後者のほうが取得しなければならないパラメータが多くなる。

【0066】

次に、本実施の形態における落石発生時期を推定する方法の全体的な動作について説明する。

【0067】

図１０は本実施の形態における落石発生時期を推定する方法の動作を説明するフローチャートである。

【0068】

まず、ステップＳ１で、現地から岩石をサンプリングする。ここでは、鉄道の線路沿線に分布する岩盤１０から岩石をサンプルとして採取するものとする。

【0069】

次に、ステップＳ２で、岩石から板状供試体を作製する。具体的には、ステップＳ１で採取した岩石から、図３に示されるような板状の部材を作製し、供試体１３とする。そして、各供試体１３の両面の中央にひずみゲージを貼り付ける。

【0070】

次に、ステップＳ３で、温度一定で湿度変化のみを与え、ひずみを計測する。具体的には、ステップＳ２で作製した供試体１３を、図２に示されるように、恒温恒湿槽１５に入れ、雰囲気温度（空気の温度）を一定とし、相対湿度のみを変化させ、供試体１３のひずみを測定する。

【0071】

次に、ステップＳ４で、ひずみを再現するように、定数ｋ、ａ、ｂをフィッティングにより定める。具体的には、相対湿度を、図６に示されるように、階段状に変化させ、ひずみを、一定値になるまで計測する。このような試験を繰り返し、フィッティングの結果の平均をとることで、ひずみの変化速度を表す式（３）における定数ｋ、ａ、ｂの値を定める。

【0072】

次に、ステップＳ５で、割れ目進展速度を推定する。具体的には、ステップＳ４で定めた定数ｋ、ａ、ｂを含む式（３）とともに、式（４）～（６）を用いて、割れ目１１の進展速度を表す式（７）を得る。

【0073】

最後に、ステップＳ６で、落石発生時期を推定する。具体的には、ステップＳ５で得た式（７）から、式（９）が成立するまでに至る時間によって落石発生時期を推定するか、又は、式（８）によって表されるｔｆを落石発生時期とみなす。

【0074】

次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１ 現地から岩石をサンプリングする。
ステップＳ２ 岩石から板状供試体を作製する。
ステップＳ３ 温度一定で湿度変化のみを与え、ひずみを計測する。
ステップＳ４ ひずみを再現するように、定数ｋ、ａ、ｂをフィッティングする。
ステップＳ５ 割れ目進展速度を推定する。
ステップＳ６ 落石発生時期を推定する。

【0075】

このように、ステップＳ１～Ｓ５の動作を行うことによって、鉄道の線路沿線に分布する岩盤１０における岩石の湿度変化による割れ目進展速度を推定することができる。そして、推定した割れ目進展速度に基づき、鉄道の線路沿線に分布する岩盤１０からの落石発生時期を予測することが可能となるので、災害事象を防止することができる。

【0076】

このように、本実施の形態において、岩石の湿度変化による割れ目進展速度の推定方法は、サンプリングした岩石から供試体１３を作製する工程と、恒温恒湿槽１５又は炉を用いて供試体１３に温度一定の条件下で相対湿度の変化を与え供試体１３のひずみεを計測する工程と、供試体１３のひずみεの計測結果に対してフィッティングを行うことによってひずみεの変化速度を表す式（３）の定数ｋ、ａ、ｂの値を求める工程と、ひずみεの変化速度を表す式（３）と等方な岩石内で応力σとひずみεとの関係を表す式（４）とから岩石内の遠方応力σ₀ を得る工程と、遠方応力σ₀ から岩石内の割れ目１１に関する応力拡大係数Ｋを得る工程と、応力拡大係数Ｋからパリス則による割れ目進展速度を推定する工程と、を備える。そして、ひずみεの変化速度を表す式（３）は、ひずみεの変化速度は現在のひずみεと平衡状態のひずみε^eqとの差に比例し、平衡状態のひずみε^eqは相対湿度Ｈに対して線形に変化することを表す。

【0077】

これにより、常温域における岩石のひずみεの主たる発生要因である湿度変化による割れ目進展速度を予測することが可能となった。

【0078】

また、割れ目１１で境された不安定岩塊１２がある場合、推定された割れ目進展速度に基づき、割れ目残存部の耐力が岩塊１４の荷重による引張力を下回るまでの時間を算出することによって落石発生時期を推定し得る。したがって、割れ目１１の進展による岩盤１０からの落石発生時期を予測することが可能となり、災害事象を防止することができる。

【0079】

さらに、フィッティングは、相対湿度を階段状に変化させ、供試体１３のひずみεが一定値になるまでひずみεを計測することを複数回繰り返した計測結果に対して行われる。これにより、フィッティングによって得られる定数ｋ、ａ、ｂの値の精度を高めることができる。

【0080】

さらに、岩石は、鉄道の線路沿線に分布する岩盤１０からサンプリングされる。したがって、鉄道の安全がより確実に保たれる。

【0081】

なお、本明細書の開示は、好適で例示的な実施の形態に関する特徴を述べたものである。ここに添付された特許請求の範囲内及びその趣旨内における種々の他の実施の形態、修正及び変形は、当業者であれば、本明細書の開示を総覧することにより、当然に考え付くことである。

【産業上の利用可能性】

【0082】

本開示は、岩石の湿度変化による割れ目進展速度の推定方法に適用することができる。

【符号の説明】

【0083】

１０ 岩盤
１１ 割れ目
１２ 不安定岩塊
１３ 供試体
１４ 岩塊
１５ 恒温恒湿槽

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】