近年、地下岩盤利用の重要性から、構成する岩石の長期安定性評価や破壊予知・予防方法の確立が求められ、その一環として岩盤の経時的挙動を把握すること を目的としたクリープ試験が数多く行われている。しかし、その多くが硬岩に関する研究であり、堆積型の軟岩の長期安定性に関する研究実施例がほとんど報告 されていない。そこで本研究では、堆積型の軟岩を試料として取り挙げ、強度や変形特性を長期的に予測するために必要なクリープ特性に関する基礎的なデータ を収集した。
２．試験方法
まず、室温、大気圧下での定ひずみ速度一軸圧縮試験を行った。変位制御による見かけひずみ速度は、100μ/sec、10μ/sec、1μ/sec、 0.1μ/secの4種とした。また、定ひずみ速度下において三軸圧縮試験を実施した。与えた封圧は、珪藻土は1および2 MPa、大谷石は2, 5および 10 ＭPa、ベレア砂岩は15および 30 MPaである。
３．結果および考察
見かけひずみ速度100μ/secにおける各試験・計測結果をまとめて表１に例示した。同表より、珪藻土および大谷石は、空隙率が極めて大きな試料である こと、また、ベレア砂岩はかなりの強度を持つにも拘わらず空隙率も大きいことが分かる。
まず、一軸圧縮強度と実ひずみ速度の関係について調査すると、実験結果より全ての岩種で実ひずみ速度が増大するとともに一軸圧縮強度が増大し、各岩種と も載荷速度の依存性が認められることが分かった。ここで、一軸圧縮強度をσc、実ひずみ速度をε(・)として、実ひずみ速度と一軸圧縮強度の関係を対数近 似すると、珪藻土：σc= 2.62+0.050logε(・)、大谷石：σc=14.4+0.507logε(・)、ベレア砂岩：σc
=89.4+1.76logε(・)の関係式が得られた。この関係式の傾きを、見かけひずみ速度100μ/secで供した場合の一軸圧縮強度で除すと、ベ レア砂岩、大谷石および珪藻土の値は各々0.020、0.037、0.019となり、大谷石の載荷速度依存性が最も大きいと推測された。
次に、見かけひずみ速度100μ/secの応力−ひずみ曲線を岩種毎に封圧の変化に伴う挙動を見た。一般に岩石は封圧が増大するにつれて脆性的な挙動か ら延性的な挙動に遷移するとされる。ベレア砂岩については、今回の封圧条件下では、延性的な挙動への遷移は認められなかった。これは、ベレア砂岩の強度が 他の岩種に比して大きいためである。また、大谷石においては、封圧の増大とともにピーク強度は徐々に増大し、さらなる封圧条件下ではピーク強度が明確に認 められなくなることが分かった。これは、封圧の増大により脆性的な挙動から延性的な挙動に遷移するためである。一方、珪藻土においては、封圧の増大ととも に脆性的な挙動から延性的な挙動に遷移していることは認められるが、珪藻土の空隙率が大谷石のそれよりもかなり大きいため、大谷石とは異なる挙動を示し た。したがって、今回の試験結果から判断すると、堆積型軟岩の変形特性は岩石が有する空隙に大きく影響されるため、強度や変形特性を長期的に予想する場合 には、この点についての十分な考慮が必要である。
本研究では、珪藻土、大谷石およびベレア砂岩を用いて、室温・気乾状態での4種類の定ひずみ速度一軸圧縮試験、定ひずみ速度三軸圧縮試験を行い、種々検 討した。その結果、堆積型軟岩の変形特性は岩石が有する空隙に大きく影響されるため、強度や変形特性を長期的に予想する場合には、さらなる検討が必要であ ることを明らかにした。今後、今回得られたデータをもとにクリープ試験を実施し、長期寿命予測などを行う予定である。