JP6332653B1 - 地殻応力測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
地盤の応力環境の評価は、試掘井のみならず、石油の継続的な生産を目的とした油ガス井においても行われる。そのような油ガス井において三方向応力を精度よく測定できれば、地殻地盤を取り巻く力学的環境が正確に把握できるので、地殻地盤に対しフラクチャリングを効果的に行うことができる。その結果、フラクチャを介して石油の採取を効率よく行うことができる。
また、下記の非特許文献1には、ボーリングコアから得られる情報と既知の情報とを組み合わせて、ボーリングコアを取得した深度の地殻地盤に作用している三方向応力の大きさを測定することが可能であることが報告されている。
また、上記の非特許文献1の報告では、ボーリングコアが事前に取得されていることが前提となるが、ボーリングコアは、坑井掘削時に断片的に取得されるものであるため、三次元応力測定を実施したい深度で取得されたボーリングコアが存在しない場合は実施することができない。
前記所定深さに位置する前記地盤を前記坑井の内側面から該坑井の掘削方向とは異なる方向にくり抜いて取得した円柱状の第一サイドウォールコアの、長手方向に直交する方向に設定した計測断面の形状から、該計測断面の鉛直方向の径(d1|φ=0)の長さ及び水平方向の径(d1|φ=90)の長さを計測し、
前記所定深さの前記地盤に作用する最大水平応力(SHmax)と最小水平応力(Shmin)との差応力(ΔS)を表す下記式
ここで、以下の変数の大きさは既知とする。
E:地盤のヤング率、ν:地盤のポアソン比、
SV:所定深さの地盤に作用する鉛直応力、
α:坑井掘削時の基準方位に対して最大水平応力の作用方向がなす角度、すなわち地盤に作用する最大水平応力の方位
β1:坑井掘削時の基準方位に対して第一サイドウォールコアの掘削方向がなす角度、
ただし、d1|φ=0<d1|φ=90のときはdmin=d1|φ=0であり、d1|φ=0>d1|φ=90のときはdmin=d1|φ=90である。
前記所定深さに位置する前記地盤を前記坑井の内側面から該坑井の掘削方向とは異なる方向にくり抜いて取得した円柱状の第一サイドウォールコアの、長手方向に直交する方向に設定した計測断面の形状から、該計測断面の鉛直方向の径(d1’|φ=0)の長さ及び水平方向の径(d1’|φ=90)の長さを測定し、
前記所定深さの前記地盤に作用する最大水平応力(SHmax)と最小水平応力(Shmin)との差応力(ΔS)を表す下記式
ここで、以下の変数の大きさは既知とする。
E:地盤のヤング率、ν:地盤のポアソン比、
SV:所定深さの地盤に作用する鉛直応力、
α:坑井掘削時の基準方位に対して最大水平応力の作用方向がなす角度、すなわち地盤に作用する最大水平応力の方位
β1:坑井掘削時の基準方位に対して第一サイドウォールコアの掘削方向がなす角度、
R:坑井の半径、
r1:坑井の中心から第一サイドウォールコアの計測断面までの距離
ただし、d1’|φ=0<d1’|φ=90のときはdmin=d1’|φ=0であり、d1’|φ=0>d1’|φ=90のときはdmin=d1’|φ=90である。
前記第一サイドウォールコアの長手方向に直交する水平応力(σθ)と鉛直応力(σV)との差応力(Δσ|β1)を表す下記式
ここで、以下の変数の大きさは既知とする。
E:地盤のヤング率、ν:地盤のポアソン比、
SV:所定深さの地盤に作用する鉛直応力、
Shmin:所定深さの地盤に作用する最小水平応力
α:坑井掘削時の基準方位に対して最大水平応力の作用方向がなす角度、すなわち地盤に作用する最大水平応力の方位
β1:坑井掘削時の基準方位に対して第一サイドウォールコアの掘削方向がなす角度、
R:坑井の半径、
r1:坑井の中心から第一サイドウォールコアの計測断面までの距離
ただし、d1’|φ=0<d1’|φ=90のときはdmin=d1’|φ=0であり、d1’|φ=0>d1’|φ=90のときはdmin=d1’|φ=90である。
前記地盤を、前記坑井の内側面から該坑井の掘削方向とも、前記第二サイドウォールコアの掘削方向とも異なる方向にくり抜いて取得した円柱状の第三サイドウォールコアの、長手方向に直交する方向に設定した第三計測断面の形状から、該第三計測断面の鉛直方向の径(d3a|φ=0)の長さ及び水平方向の径(d3a|φ=90)の長さを測定するとともに、前記第三サイドウォールコアの、前記第三計測断面とは異なる第四計測断面の鉛直方向の径(d3b|φ=0)の長さ及び水平方向の径(d3b|φ=90)の長さを測定し、
前記第二サイドウォールコアの第一計測断面における水平応力(σθ)と鉛直応力(σV)との差応力(Δσ|β2)を表す下記式
ここで、以下の変数の大きさは既知とする。
E:地盤のヤング率、ν:地盤のポアソン比、
SV:所定深さの地盤に作用する鉛直応力、
β2:坑井掘削時の基準方位に対して第二サイドウォールコアの掘削方向がなす角度、
β3:坑井掘削時の基準方位に対して第三サイドウォールコアの掘削方向がなす角度、
R:坑井の半径、
r2a:坑井の中心から第二サイドウォールコアの第一計測断面までの距離、
r2b:坑井の中心から第二サイドウォールコアの第二計測断面までの距離、
r3a:坑井の中心から第三サイドウォールコアの第三計測断面までの距離、
r3b:坑井の中心から第三サイドウォールコアの第四計測断面までの距離、
ただし、d2a|φ=0<d2a|φ=90のときはdmin=d2a|φ=0であり、d2a|φ=0>d2a|φ=90のときはdmin=d2a|φ=90であり、
d2b|φ=0<d2b|φ=90のときはdmin=d2b|φ=0であり、d2b|φ=0>d2b|φ=90のときはdmin=d2b|φ=90であり、
d3a|φ=0<d3a|φ=90のときはdmin=d3a|φ=0であり、d3a|φ=0>d3a|φ=90のときはdmin=d3a|φ=90であり、
d3b|φ=0<d3b|φ=90のときはdmin=d3b|φ=0であり、d3b|φ=0>d3b|φ=90のときはdmin=d3b|φ=90である。
前記地盤を、前記坑井の内側面から該坑井の掘削方向とも、前記第四サイドウォールコアの掘削方向とも異なる方向にくり抜いて取得した円柱状の第五サイドウォールコアの、長手方向に直交する方向に設定した計測断面の形状から、該計測断面の鉛直方向の径(d5|φ=0)の長さ及び水平方向の径(d5|φ=90)の長さを測定し、
前記地盤を、前記坑井の内側面から該坑井の掘削方向とも、前記第四サイドウォールコア及び前記第五サイドウォールコアの掘削方向とも異なる方向にくり抜いて取得した円柱状の第六サイドウォールコアの、長手方向に直交する方向に設定した計測断面の形状から、該計測断面の鉛直方向の径(d6|φ=0)の長さ及び水平方向の径(d6|φ=90)の長さを測定し、
前記第四サイドウォールコアの計測断面における水平応力(σθ)と鉛直応力(σV)との差応力(Δσ|β4)を表す下記式
ここで、以下の変数の大きさは既知とする。
E:地盤のヤング率、ν:地盤のポアソン比、
SV:所定深さの地盤に作用する鉛直応力、
β4:坑井掘削時の基準方位に対して第四サイドウォールコアの掘削方向がなす角度、
β5:坑井掘削時の基準方位に対して第五サイドウォールコアの掘削方向がなす角度、
β6:坑井掘削時の基準方位に対して第六サイドウォールコアの掘削方向がなす角度、
ただし、d4|φ=0<d4|φ=90のときはdmin=d4|φ=0であり、d4|φ=0>d4|φ=90のときはdmin=d4|φ=90であり、
d5|φ=0<d5|φ=90のときはdmin=d5|φ=0であり、d5|φ=0>d5|φ=90のときはdmin=d5|φ=90であり、
d6|φ=0<d6|φ=90のときはdmin=d6|φ=0であり、d6|φ=0>d6|φ=90のときはdmin=d6|φ=90である。
前記坑井掘削時の基準方位と、前記ボーリングコアの前記計測断面において最大径(Dmax)の方向とがなす角度を、前記基準方位に対して最大水平応力の作用方向がなす角度(α)とみなしてもよい。
その他にも、メタンハイドレート採掘や地熱利用等のエネルギー開発分野、火山の噴火や地震の予測、二酸化炭素の地中貯蔵、放射性廃棄物の地層処分などでは、大深度における岩盤応力を把握することが非常に重要となるが、そのようなプロジェクトの対象となる地殻地盤にパイロット坑を掘削し、本発明を実施することで岩盤応力の測定を精度よく実施することができる。
以下、図1から図6を参照して本発明に係る地殻応力測定方法の第一実施形態について詳細に説明する。
地殻地盤の三次元応力要素とは、最大水平応力、最小水平応力、鉛直応力、及び最大水平応力が作用する方向の四つを含んでおり、地表より下の地殻地盤には、如何なる場所においてもこれら上記の三次元応力要素で表現される様々な力が作用している。今、地表からある深度に位置する地殻地盤のある場所について考えると、この場所には図1(a)に示すように、その地盤の水平面内にはある方向に最大水平応力(SHmax)が作用し、最大水平応力(SHmax)が作用するある方向に対して直交する方向に最小水平応力(Shmin)が作用し、さらに鉛直方向には鉛直応力(SV)が作用しているとみなすことができる。
まず、鉛直応力(SV)の大きさは土被り圧として以下の式から求めることができることが従来より知られている。
SV=ρgh
(ρ:地表から深度hの地点までの領域における地層平均密度、g:重力加速度、h:地表からの深度)
図3のグラフからは、ボーリングコアBC1を取得した地殻地盤に作用していた最大水平応力(SHmax)の方向を明らかにすることができる。このグラフは、基準方位に交わる外周の一点を始点(基準方位0°)として、その始点からの角度に応じて変化するボーリングコアBC1の直径の変化を示しているので、近似曲線上に最大値が現れた点までの角度を、最大水平応力(SHmax)の作用する方向が基準方位に対してなす角度(α)とみなすことができる。
上記以外にも、本坑を掘削したことによって生じた坑壁の崩落(Borehole Breakout)や引張亀裂(Drilling-Induced Tensile Fracture)を分析したり、ダイポール音波検層による岩盤のS波速度異方性評価を行ったりすることで最大水平応力の方位を知得することができる。
式(1)に含まれるボーリングコアBC1の計測断面における最大径(Dmax)の長さ及び最小径(Dmin)の長さは、ボーリングコアBC1を観察して得られた結果をプロットした図3のグラフから読み取ることができる。
式(2)に含まれる、坑井掘削時の基準方位に対してサイドウォールコアSC1の掘削方向がなす角度(β1)は、上述の手法により知得することができる。サイドウォールコアSC1の計測断面における鉛直方向の径(d1|φ=0)の長さ及び水平方向の径(d1|φ=90)の長さは、サイドウォールコアSC1を観察して得られた結果をプロットした図6のグラフから読み取ることができる。なお、式(2)において、鉛直方向の径(d1|φ=0)が水平方向の径(d1|φ=90)よりも短いときは、サイドウォールコアSC1の最小径(dmin)の長さは鉛直方向の径(d1|φ=0)の長さとし、鉛直方向の径(d1|φ=0)が水平方向の径(d1|φ=90)よりも長いときは、サイドウォールコアSC1の最小径(dmin)の長さは水平方向の径(d1|φ=90)の長さとする。
また、本発明より三方向応力を精度よく測定できれば、地殻地盤を取り巻く力学的環境が正確に把握できるので、地下化石燃料の継続的な生産を目的とした油ガス井においては、地殻地盤に対しフラクチャリングを効果的に行うことができる。その結果、フラクチャを介して石油だけに留まらず天然ガス等の地下化石燃料の採取を効率よく行うことができる。
その他、メタンハイドレート採掘や地熱利用等のエネルギー開発分野、火山の噴火や地震の予測、二酸化炭素の地中貯蔵、放射性廃棄物の地層処分などでは、大深度における岩盤応力を把握することが非常に重要となるが、そのようなプロジェクトの対象となる地殻地盤にパイロット坑を掘削し、本発明を実施することで岩盤応力の測定を精度よく実施することができる。
次に、本発明に係る地殻応力測定方法の第二実施形態について詳細に説明する。なお、上記第一実施形態において詳述した事項については本実施形態では簡略な説明に留める場合がある。
本実施形態では、ボーリングコアBC1を用いずに、地表からある深度に存在する地殻地盤から取得した一つのサイドウォールコアSC1を観察して得られた情報をもとに、同コアを取得した地殻地盤に作用する三次元応力要素を求める。
まず、鉛直応力(SV)の大きさは土被り圧として第一実施形態の要領で求めることができる。次に、第一実施形態ではボーリングコアBC1を取得してその形状を分析することで最大水平応力(SHmax)の作用する方向を特定したが、本実施形態ではボーリングコアBC1を用いないので、本坑を掘削したことによって生じた坑壁の崩落(Borehole Breakout)、引張亀裂(Drilling-Induced Tensile Fracture)、ダイポール音波検層等、コアを必要としない他の手法により、最大水平応力(SHmax)の作用する方向、すなわち最大水平応力(SHmax)の作用する方向が基準方位に対してなす角度(α)を特定する。
また、上記の工程とは別に、水圧破砕法によって地盤に作用する最小水平応力(Shmin)の大きさを求める。水圧破砕法とは、坑井の内側面に対して非常に高い水圧を作用させ、当該内側面を含む坑井周囲の地盤にフラクチャを生じさせ、そのフラクチャを介して地盤に作用する最小水平応力の大きさを求める方法である(例えばベルナール・アマディ、オーヴ・ステファンソン著「岩盤応力とその測定」2014/4に詳しい)。それ以外に、例えばリークオフ・テスト、フォーメーション・インテグリティ・テストによっても最少水平応力の大きさを求めることができる。
次に、図7を参照して本発明に係る地殻応力測定方法の第三実施形態について詳細に説明する。なお、上記第一及び第二実施形態において詳述した事項については本実施形態では簡略な説明に留める場合がある。
本実施形態では、地表からある深度に存在する地殻地盤から取得した二つのサイドウォールコアSC2、SC3を観察して得られた情報をもとに、これら二つのコアを取得した地殻地盤に作用する三次元応力要素を求める。
まず、図7に示すように、上記第一実施形態の要領で、地表からある深度において坑井の内側面から該坑井の掘削方向に直交する方向、すなわち水平面内のある方向に地盤をくり抜いて、円柱状のサイドウォールコア(第二サイドウォールコア)SC2を取得する。サイドウォールコアSC2を取得する地盤には、当然のごとく最大水平応力(SHmax)、最小水平応力(Shmin)、鉛直応力(SV)が作用しているため、サイドウォールコアSC2を地盤からくり抜いて坑井から取り出すと、そのサイドウォールコアSC2は、サイドウォールコアSC1と同様に断面形状が変化する。
次に、上記と同じ要領で第二計測断面の鉛直方向の径(d2b|φ=0)の長さと、第二計測断面の水平方向の径(d2b|φ=90)の長さとを測定する。その測定結果をグラフにプロットし、最小二乗法等により近似曲線を求めると、この近似曲線上には、サイドウォールコアSC2を取得したある深度において鉛直応力(SV)が最大水平応力(SHmax)及び最小水平応力(Shmin)と比べて明らかに大きければ、最大値は基準方向からの角度が0°及び180°の点に現れるので、サイドウォールコアSC2の第二計測断面では、鉛直方向の径(d2b|φ=0)が水平方向の径(d2b|φ=90)よりも長くなる。また、鉛直応力(SV)が最大水平応力(SHmax)及び最小水平応力(Shmin)と比べて明らかに小さければ、最大値は基準方向からの角度が90°の点に現れるので、サイドウォールコアSC2の第二計測断面では、鉛直方向の径(d2b|φ=0)が水平方向の径(d2b|φ=90)よりも短くなる。
まず、鉛直応力(SV)の大きさは土被り圧として第一実施形態の要領で求めることができる。
次に、サイドウォールコアSC2が地中に存在していたとき第一計測断面の辺りに作用していた水平応力(σθ)と、同じく第一計測断面の辺りに作用していた鉛直応力(σV)との差応力(Δσ|β2)は、応力集中を考慮すると、下記の式(6)で表すことができる。なお、式(6)において、鉛直方向の径(d2a|φ=0)が水平方向の径(d2a|φ=90)よりも短いときは、サイドウォールコアSC2における第一計測断面の最小径(dmin)の長さは鉛直方向の径(d2a|φ=0)の長さとし、鉛直方向の径(d2a|φ=0)が水平方向の径(d2a|φ=90)よりも長いときは、サイドウォールコアSC2における第一計測断面の最小径(dmin)の長さは水平方向の径(d2a|φ=90)の長さとする。
次に、図8を参照して本発明に係る地殻応力測定方法の第四実施形態について詳細に説明する。なお、上記第一、第二及び第三実施形態において詳述した事項については本実施形態では簡略な説明に留める場合がある。
本実施形態では、地表からある深度に存在する地殻地盤から取得した三つのサイドウォールコアSC4、SC5及びSC6を観察して得られた情報をもとに、同コアを取得した地殻地盤に作用する三次元応力要素を求める。
まず、図8に示すように、上記第一実施形態の要領で、地表からある深度において坑井の内側面から該坑井の掘削方向に直交する方向、すなわち水平面内のある方向に地盤をくり抜いて、円柱状のサイドウォールコア(第四サイドウォールコア)SC4を取得する。サイドウォールコアSC4を取得する地盤には、当然のごとく最大水平応力(SHmax)、最小水平応力(Shmin)、鉛直応力(SV)が作用しているため、サイドウォールコアSC4を地盤からくり抜いて坑井から取り出すと、そのサイドウォールコアSC4は、サイドウォールコアSC1、SC2及びSC3と同様に断面形状が変化する。
サイドウォールコアSC5に計測断面を設定し、上記と同じ要領でその計測断面の鉛直方向の径(d5|φ=0)の長さと、水平方向の径(d5|φ=90)の長さとを測定する。その測定結果をグラフにプロットし、最小二乗法等により近似曲線を求めると、最大値及び最小値の特徴はサイドウォールコアSC4と同じように現れる。
サイドウォールコアSC6に計測断面を設定し、上記と同じ要領でその計測断面の鉛直方向の径(d6|φ=0)の長さと、水平方向の径(d6|φ=90)の長さとを測定する。その測定結果をグラフにプロットし、最小二乗法等により近似曲線を求めると、最大値及び最小値の特徴はサイドウォールコアSC4及びSC5と同じように現れる。
まず、鉛直応力(SV)の大きさは土被り圧として第一実施形態の要領で求めることができる。
次に、サイドウォールコアSC4が地中に存在していたとき計測断面の辺りに作用していた水平応力(σθ)と、同じく計測断面の辺りに作用していた鉛直応力(σV)との差応力(Δσ|β4)は、応力集中を考慮しなければ、下記の式(10)で表すことができる。なお、式(10)において、鉛直方向の径(d4|φ=0)が水平方向の径(d4|φ=90)よりも短いときは、サイドウォールコアSC4における計測断面の最小径(dmin)の長さは鉛直方向の径(d4|φ=0)の長さとし、鉛直方向の径(d4|φ=0)が水平方向の径(d4|φ=90)よりも長いときは、サイドウォールコアSC4における計測断面の最小径(dmin)の長さは水平方向の径(d4|φ=90)の長さとする。
1 本坑(坑井)
BC1 ボーリングコア
SC1〜SC6 サイドウォールコア
Claims (6)
- 地殻を構成する地盤に作用する三次元応力要素を測定する地殻応力測定方法であって、
地盤に掘削された坑井において地表から所定の深さに位置する地盤を前記坑井の掘削方向にくり抜いて取得した円柱状のボーリングコアの、長手方向に直交する方向に設定した計測断面の形状から、該計測断面の基準円直径に対する歪み量が最も大きい最大径(Dmax)の長さと、前記基準円直径に対する歪み量が最も小さい最小径(Dmin)の長さとを測定し、
前記所定深さに位置する前記地盤を前記坑井の内側面から該坑井の掘削方向とは異なる方向にくり抜いて取得した円柱状の第一サイドウォールコアの、長手方向に直交する方向に設定した計測断面の形状から、該計測断面の鉛直方向の径(d1|φ=0)の長さ及び水平方向の径(d1|φ=90)の長さを計測し、
前記所定深さの前記地盤に作用する最大水平応力(SHmax)と最小水平応力(Shmin)との差応力(ΔS)を表す下記式
ここで、以下の変数の大きさは既知とする。
E:地盤のヤング率、ν:地盤のポアソン比、
SV:所定深さの地盤に作用する鉛直応力、
α:坑井掘削時の基準方位に対して最大水平応力の作用方向がなす角度、すなわち地盤に作用する最大水平応力の方位
β1:坑井掘削時の基準方位に対して第一サイドウォールコアの掘削方向がなす角度、
ただし、d1|φ=0<d1|φ=90のときはdmin=d1|φ=0であり、d1|φ=0>d1|φ=90のときはdmin=d1|φ=90である。 - 地殻を構成する地盤に作用する三次元応力要素を測定する地殻応力測定方法であって、
地盤に掘削された坑井において地表から所定の深さに位置する地盤を前記坑井の掘削方向にくり抜いて取得した円柱状のボーリングコアの、長手方向に直交する方向に設定した計測断面の形状から、該計測断面の基準円直径に対する歪み量が最も大きい最大径(Dmax)の長さと、前記基準円直径に対する歪み量が最も小さい最小径(Dmin)の長さとを測定し、
前記所定深さに位置する前記地盤を前記坑井の内側面から該坑井の掘削方向とは異なる方向にくり抜いて取得した円柱状の第一サイドウォールコアの、長手方向に直交する方向に設定した計測断面の形状から、該計測断面の鉛直方向の径(d1’|φ=0)の長さ及び水平方向の径(d1’|φ=90)の長さを測定し、
前記所定深さの前記地盤に作用する最大水平応力(SHmax)と最小水平応力(Shmin)との差応力(ΔS)を表す下記式
ここで、以下の変数の大きさは既知とする。
E:地盤のヤング率、ν:地盤のポアソン比、
SV:所定深さの地盤に作用する鉛直応力、
α:坑井掘削時の基準方位に対して最大水平応力の作用方向がなす角度、すなわち地盤に作用する最大水平応力の方位
β1:坑井掘削時の基準方位に対して第一サイドウォールコアの掘削方向がなす角度、
R:坑井の半径、
r1:坑井の中心から第一サイドウォールコアの計測断面までの距離
ただし、d1’|φ=0<d1’|φ=90のときはdmin=d1’|φ=0であり、d1’|φ=0>d1’|φ=90のときはdmin=d1’|φ=90である。 - 地殻を構成する地盤に作用する三次元応力要素を測定する地殻応力測定方法であって、
地盤に掘削された坑井において地表から所定の深さに位置する前記地盤を前記坑井の内側面から該坑井の掘削方向とは異なる方向にくり抜いて取得した円柱状の第一サイドウォールコアの、長手方向に直交する方向に設定した計測断面の形状から、該計測断面の鉛直方向の径(d1’|φ=0)の長さ及び水平方向の径(d1’|φ=90)の長さを測定し、
前記第一サイドウォールコアの長手方向に直交する水平応力(σθ)と鉛直応力(σV)との差応力(Δσ|β1)を表す下記式
ここで、以下の変数の大きさは既知とする。
E:地盤のヤング率、ν:地盤のポアソン比、
SV:所定深さの地盤に作用する鉛直応力、
Shmin:所定深さの地盤に作用する最小水平応力
α:坑井掘削時の基準方位に対して最大水平応力の作用方向がなす角度、すなわち地盤に作用する最大水平応力の方位
β1:坑井掘削時の基準方位に対して第一サイドウォールコアの掘削方向がなす角度、
R:坑井の半径、
r1:坑井の中心から第一サイドウォールコアの計測断面までの距離
ただし、d1’|φ=0<d1’|φ=90のときはdmin=d1’|φ=0であり、d1’|φ=0>d1’|φ=90のときはdmin=d1’|φ=90である。 - 地殻を構成する地盤に作用する三次元応力要素を測定する地殻応力測定方法であって、
地盤に掘削された坑井において地表から所定の深さに位置する前記地盤を前記坑井の内側面から該坑井の掘削方向とは異なる方向にくり抜いて取得した円柱状の第二サイドウォールコアの、長手方向に直交する方向に設定した第一計測断面の形状から、該第一計測断面の鉛直方向の径(d2a|φ=0)の長さ及び水平方向の径(d2a|φ=90)の長さを測定するとともに、前記第二サイドウォールコアの、前記第一計測断面とは異なる第二計測断面の鉛直方向の径(d2b|φ=0)の長さ及び水平方向の径(d2b|φ=90)の長さを測定し、
前記地盤を、前記坑井の内側面から該坑井の掘削方向とも、前記第二サイドウォールコアの掘削方向とも異なる方向にくり抜いて取得した円柱状の第三サイドウォールコアの、長手方向に直交する方向に設定した第三計測断面の形状から、該第三計測断面の鉛直方向の径(d3a|φ=0)の長さ及び水平方向の径(d3a|φ=90)の長さを測定するとともに、前記第三サイドウォールコアの、前記第三計測断面とは異なる第四計測断面の鉛直方向の径(d3b|φ=0)の長さ及び水平方向の径(d3b|φ=90)の長さを測定し、
前記第二サイドウォールコアの第一計測断面における水平応力(σθ)と鉛直応力(σV)との差応力(Δσ|β2)を表す下記式
ここで、以下の変数の大きさは既知とする。
E:地盤のヤング率、ν:地盤のポアソン比、
SV:所定深さの地盤に作用する鉛直応力、
β2:坑井掘削時の基準方位に対して第二サイドウォールコアの掘削方向がなす角度、
β3:坑井掘削時の基準方位に対して第三サイドウォールコアの掘削方向がなす角度、
R:坑井の半径、
r2a:坑井の中心から第二サイドウォールコアの第一計測断面までの距離、
r2b:坑井の中心から第二サイドウォールコアの第二計測断面までの距離、
r3a:坑井の中心から第三サイドウォールコアの第三計測断面までの距離、
r3b:坑井の中心から第三サイドウォールコアの第四計測断面までの距離、
ただし、d2a|φ=0<d2a|φ=90のときはdmin=d2a|φ=0であり、d2a|φ=0>d2a|φ=90のときはdmin=d2a|φ=90であり、
式(7)においては、d2b|φ=0<d2b|φ=90のときはdmin=d2b|φ=0であり、d2b|φ=0>d2b|φ=90のときはdmin=d2b|φ=90であり、
式(8)においては、d3a|φ=0<d3a|φ=90のときはdmin=d3a|φ=0であり、d3a|φ=0>d3a|φ=90のときはdmin=d3a|φ=90であり、
式(9)においては、d3b|φ=0<d3b|φ=90のときはdmin=d3b|φ=0であり、d3b|φ=0>d3b|φ=90のときはdmin=d3b|φ=90である。 - 地殻を構成する地盤に作用する三次元応力要素を測定する地殻応力測定方法であって、
地盤に掘削された坑井において地表から所定の深さに位置する前記地盤を前記坑井の内側面から該坑井の掘削方向とは異なる方向にくり抜いて取得した円柱状の第四サイドウォールコアの、長手方向に直交する方向に設定した計測断面の形状から、該計測断面の鉛直方向の径(d4|φ=0)の長さ及び水平方向の径(d4|φ=90)の長さを測定し、
前記地盤を、前記坑井の内側面から該坑井の掘削方向とも、前記第四サイドウォールコアの掘削方向とも異なる方向にくり抜いて取得した円柱状の第五サイドウォールコアの、長手方向に直交する方向に設定した計測断面の形状から、該計測断面の鉛直方向の径(d5|φ=0)の長さ及び水平方向の径(d5|φ=90)の長さを測定し、
前記地盤を、前記坑井の内側面から該坑井の掘削方向とも、前記第四サイドウォールコア及び前記第五サイドウォールコアの掘削方向とも異なる方向にくり抜いて取得した円柱状の第六サイドウォールコアの、長手方向に直交する方向に設定した計測断面の形状から、該計測断面の鉛直方向の径(d6|φ=0)の長さ及び水平方向の径(d6|φ=90)の長さを測定し、
前記第四サイドウォールコアの計測断面における水平応力(σθ)と鉛直応力(σV)との差応力(Δσ|β4)を表す下記式
ここで、以下の変数の大きさは既知とする。
E:地盤のヤング率、ν:地盤のポアソン比、
SV:所定深さの地盤に作用する鉛直応力、
β4:坑井掘削時の基準方位に対して第四サイドウォールコアの掘削方向がなす角度、
β5:坑井掘削時の基準方位に対して第五サイドウォールコアの掘削方向がなす角度、
β6:坑井掘削時の基準方位に対して第六サイドウォールコアの掘削方向がなす角度、
ただし、d4|φ=0<d4|φ=90のときはdmin=d4|φ=0であり、d4|φ=0>d4|φ=90のときはdmin=d4|φ=90であり、
d5|φ=0<d5|φ=90のときはdmin=d5|φ=0であり、d5|φ=0>d5|φ=90のときはdmin=d5|φ=90であり、
d6|φ=0<d6|φ=90のときはdmin=d6|φ=0であり、d6|φ=0>d6|φ=90のときはdmin=d6|φ=90である。 - 前記坑井掘削時の基準方位と、前記ボーリングコアの前記計測断面において最大径(Dmax)の方向とがなす角度を、前記基準方位に対して最大水平応力の作用方向がなす角度(α)とみなす請求項1又は2に記載の地殻応力測定方法。
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