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Last Updated :2024/10/08

研究者情報

マスター

アカウント（マスター）

  • 氏名

    加藤　昌治(カトウ　マサジ), カトウ　マサジ

所属（マスター）

  • 工学研究院　環境循環システム部門　資源循環工学分野

所属（マスター）

  • 工学研究院　環境循環システム部門　資源循環工学分野

独自項目

syllabus

  • 2021, 応用数学演習Ⅰ, Exercise in Applied Mathematics I, 学士課程, 工学部, 常微分方程式　ラプラス変換　フーリエ解析　偏微分方程式
  • 2021, 熱力学演習, Exercise in Thermodynamics, 学士課程, 工学部, ガスサイクル、蒸気の性質、気液二相サイクル、熱移動
  • 2021, 熱力学, Thermodynamics, 学士課程, 工学部, 熱、仕事、第一法則、第二法則、エントロピー、理想気体、熱機関、相平衡、化学平衡
  • 2021, 資源循環システム実験Ⅰ, Experiments for Sustainable Resources Engineering Ⅰ, 学士課程, 工学部, 基本操作、物理計測、化学分析
  • 2021, 資源循環システム実験Ⅱ, Experiments for Sustainable Resources Engineering Ⅱ, 学士課程, 工学部, Ｘ線回折，岩石の構造，岩石の工学的性質，鉱物，地質図，地質巡検，偏光顕微鏡

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プロフィール情報

所属

  • 北海道大学, 大学院工学研究院 環境循環システム部門, 招へい教員
  • 北海道大学, 工学部 環境社会工学科, 非常勤講師

学位

  • 博士（工学）（2014年03月 北海道大学）

プロフィール情報

  • 公開用メールアドレス

    m_katoasahikawa-nct.ac.jp

  • 姓

    加藤, カトウ

  • 名

    昌治, マサジ

所属

  • 北海道大学, 大学院工学研究院 環境循環システム部門, 招へい教員
  • 北海道大学, 工学部 環境社会工学科, 非常勤講師

業績リスト

研究キーワード

  • 多孔体   多孔弾性   透水試験   岩石   水理特性   地熱   地熱エネルギー   水素吸蔵合金   X線CT   

研究分野

  • エネルギー / 地球資源工学、エネルギー学 / 資源開発工学
  • エネルギー / 地球資源工学、エネルギー学 / 岩盤工学
  • エネルギー / 地球資源工学、エネルギー学 / 地熱工学
  • エネルギー / 地球資源工学、エネルギー学 / 情報地質学

経歴

  • 2024年10月 - 現在 旭川工業高等専門学校 機械システム工学科 准教授
  • 2024年10月 - 2025年03月 北海道大学 大学院工学研究院 環境循環システム部門 招へい教員
  • 2024年10月 - 2025年03月 北海道大学 工学部 環境社会工学科 非常勤講師
  • 2010年04月 - 2024年09月 北海道大学 大学院工学研究院 環境循環システム部門 助教
  • 2002年04月 - 2020年03月 産業技術総合研究所 協力研究員
  • 2007年04月 - 2010年03月 北海道大学 大学院工学研究科 環境フィールド工学専攻 助教
  • 2004年04月 - 2007年03月 北海道大学 大学院工学研究科 環境フィールド工学専攻 助手
  • 1997年04月 - 2004年03月 北海道大学 大学院工学研究科 環境資源工学専攻 助手
  • 1993年04月 - 1997年03月 北海道大学 工学部 資源開発工学科 助手

委員歴

  • 2021年06月 - 現在   岩の力学連合会   代議員
  • 2017年06月 - 現在   岩の力学連合会   電子ジャーナル委員会幹事
  • 2013年06月 - 現在   岩の力学連合会   電子ジャーナル委員会委員
  • 2012年 - 現在   資源・素材学会北海道支部   常議員
  • 2011年04月 - 現在   日本情報地質学会   評議員
  • 2008年04月 - 2023年06月   資源・素材学会北海道支部   幹事
  • 2003年10月 - 2018年09月   日本地熱学会   企画委員会委員
  • 1997年04月 - 2006年03月   資源・素材学会北海道支部   幹事

受賞

  • 2020年05月 一般社団法人岩の力学連合会 2019年度岩の力学連合会フロンティア賞
     含有する粘土鉱物の種類と構造に着目した岩質材料の力学特性評価 
    受賞者: 河野勝宣;奈良禎太;加藤昌治;西村強
  • 1999年06月 資源・素材学会北海道支部 資源・素材学会北海道支部長賞特別賞
     
    受賞者: 加藤昌治

論文

  • 奈良禎太, 柏谷公希, 桶谷和生, 藤井宏和, 趙 越, 加藤昌治, 青柳和平, 尾崎裕介, 松井裕哉, 河野勝宣
    材料 73 3 220 - 225 2024年03月 [査読有り]
  • 奈良禎太, 加藤昌治, 佐藤 努, 河野勝宣, 佐藤稔紀
    Journal of MMIJ 138 4 44 - 50 2022年04月 [査読有り]
  • 酒本 琴音, 加藤 昌治, 石井 祐輔, 胡桃澤 清文, 奈良 禎太
    材料 71 3 228 - 234 公益社団法人 日本材料学会 2022年03月15日 [査読有り][通常論文]
     
    Information on the permeability of materials for radioactive waste disposal in geological repositories is essential. High strength and ultra low permeability concrete (HSULPC) is being considered as a material used to package transuranic (TRU) waste. HSULPC would be reinforced by steel fiber to increase its tensile strength and toughness, but the effect of reinforcing steel fiber on permeability is unclear. Permeability tests need to be highly accurate to determine the hydraulic properties of low permeability materials. In this study, the hydraulic conductivity of HSULPC with steel fiber using the transient pulse method. The hydraulic conductivities of HSULPC with/without steel fiber were determined to be around 10−13 to 10−11 m/s under the confining pressures between 2 and 10 MPa and pore pressure of 1 MPa constant. The results further showed that the permeability of these materials had a hysteretic dependence on the effective confining pressure. There was no remarkable difference of hydraulic conductivity between HSULPC with and without steel fiber. SEM observation revealed that HSULPC with steel fiber has isolated voids to some extent included during mixing of concrete but there are few voids on the interface of steel fiber for water channel. However, due to the higher porosity, the hydraulic conductivity of HSULPC with steel fiber is relatively higher than that without fiber. Still, the permeability of fiber reinforced HSULPC is low enough compared with Horonobe mudstone and Toki granite and would enable it to effectively confine 14C radionuclides in TRU waste.
  • Kotone Sakemoto, Masaji Kato, Yusuke Ishii, Kiyofumi Kurumisawa, Yoshitaka Nara
    Materials Transactions 63 12 1639 - 1644 2022年 [査読有り]
     
    Information on the water permeability of materials for radioactive waste disposal in geological repositories is essential. High strength and ultra-low permeability concrete (HSULPC) is being considered as a material used to package transuranic (TRU) waste. HSULPC would be reinforced by steel fiber to increase its tensile strength and toughness, but the effect of reinforcing steel fiber on permeability is unclear. Permeability tests need to be highly accurate to determine the hydraulic properties of low permeability materials. In this study, the hydraulic conductivity of HSULPC with steel fiber using the transient pulse method. The hydraulic conductivities of HSULPC with/without steel fiber were determined to be around 10113 to 10111 m/s under the confining pressures between 2 and 10 MPa and pore pressure of 1 MPa constant. The results further showed that the permeability of these materials had a hysteretic dependence on the effective confining pressure. There was no remarkable difference of hydraulic conductivity between HSULPC with and without steel fiber. SEM observation revealed that HSULPC with steel fiber has isolated voids to some extent included during mixing of concrete but there are few voids on the interface of steel fiber for water channel. However, due to the higher porosity, the hydraulic conductivity of HSULPC with steel fiber is relatively higher than that without fiber. Still, the permeability of fiber reinforced HSULPC is low enough compared with Horonobe mudstone and Toki granite and would enable it to
  • M. Kato, Y. Nara, D. Fukuda, M. Kohno, Toshinori Sato, Tsutomu Sato, M. Takahashi
    Journal of the Society of Materials Science, Japan 70 4 300 - 306 2021年 [査読有り][通常論文]
     
    Because rock masses serve as natural barriers for geological disposal of radioactive waste, information about rock permeability is essential. An understanding of the influence of the surrounding environment temperature on the results is necessary for highly accurate permeability measurements. Herein we describe how to perform precise permeability measurements. Then, to investigate the influence of the surrounding environment temperature, we show the results of permeability measurements under conditions with dramatic changes using the transient pulse method and a Toki granite sample obtained from Gifu Prefecture in central Japan. The measured permeability without a temperature change is used as a reference. A change in the surrounding environment temperature remarkably affects the pressure in the upstream and downstream reservoirs, their pressure difference, and the confining pressure. An increase in the experimental system temperature increases the pressure. This difference is directly related to the estimated permeability. To accurately measure the rock permeability, it is essential to minimize changes in the surrounding environment temperature because they significantly affect the pressure difference.
  • 温度を制御した環境下での高強度高緻密コンクリートの高精度透水係数測定
    加藤昌治, 奈良禎太, 渋谷和俊
    材料 69 3 263 - 268 2020年03月 [査読有り][通常論文]
  • Precise permeability measurement for high strength and ultra low permeability concrete under controlled temperature
    M. Kato, Y. Nara, K. Shibuya
    Materials Transactions 61 11 2134 - 2138 2020年 [査読有り][通常論文]
  • Change of permeability in high-strength and ultra-low-permeability concrete in seawater
    Satoshi Maezaki, Yoshitaka Nara, Masaji Kato, Kazutoshi Shibuya
    5th ISRM Young Scholars' Symposium on Rock Mechanics and International Symposium on Rock Engineering for Innovative Future, YSRM 2019 971 - 976 2019年 
    For geological disposal of radioactive wastes, the confinement of radionuclides is necessary. The geological disposal of radioactive waste is designed with a confinement function by suppressing the adsorption and migration of nuclides by natural and engineered barriers. However, long half-life low heat generating radioactive waste (TRU waste) contains wastes with a high concentration of nuclides that are difficult to adsorb on engineered and natural barriers. As an alternative method, long-term confinement with a waste package using High-Strength and Ultra-Low-Permeability Concrete (HSULPC) is considered so that a sufficient confinement function works even in such a case. It was shown that a macroscopic fracture in HSULPC in distilled water was sealed by the precipitation of calcium compounds. In artificial seawater, the precipitation of calcium compounds happened more significantly. However, none has not studied the permeability changes in HSULPC due to the fracture sealing by the precipitation of calcium compounds yet. In this study, we have conducted permeability measurements on a macro-fractured HSULPC. In particular, we kept the macro-fractured HSULPC specimen in an artificial seawater, and investigated the influence of calcium compound precipitation on hydraulic conductivity. It was shown that the introduction of macroscopic fracture increased the hydraulic conductivity. In addition, when the macro-fractured HSULPC was kept in artificial seawater, the fracture was filled partly by the precipitation of calcium compounds, which decreased the hydraulic conductivity. When HSULPC is put in the underground condition, the fracture closure in HSULPC can occur due to the existence of groundwater with high electrolyte concentration. Therefore, even if HSULPC is fractured, it is considered that self-healing of the fracture can occur, and the confining ability can be maintained for a long-term.
  • Effects of clay-mineral type and content on the hydraulic conductivity of bentonite-sand mixtures made of Kunigel bentonite from Japan
    M. Kohno, Y. Nara, M. Kato, T. Nishimura
    Clay Minerals 53 4 721 - 732 2018年12月 [査読有り][通常論文]
  • Y. Yoshimura, K. Nakashima, M. Kato, K. Inoue, F. Okazaki, H. Soyama, S. Kawasaki
    ACS Omega 3 11 15267 - 15271 2018年11月 [査読有り][通常論文]
     
    Single-chamber microbial fuel cells (MFCs) were constructed using rice bran (carbon source) and pond bottom mud (microbial source). The total electric charge obtained in the MFC combining rice bran with pond bottom mud was four times higher than that in MFC using only rice bran. Phylogenetic analyses revealed dominant growth of fermentative bacteria such as Bacteroides and Clostridium species, and exoelectrogenic Geobacter species in the anode biofilms, suggesting that mutualism of these bacteria is a key factor for effective electricity generation in the MFC. Furthermore, rice bran, consisting of persistent polysaccharide, was pretreated by the hydrodynamic cavitation system to improve the digestibility and enhance the efficiency in MFC, resulting in 26% increase in the total production of electricity.
  • Application of the transient pulse method to measure clay permeability
    M. Kato, Y. Nara, Y. Okazaki, M. Kohno, Toshinori Sato, Tsutomu Sato, M. Takahashi
    Materials Transactions 59 9 1427 - 1432 2018年09月 [査読有り][通常論文]
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  • 加藤昌治, 奈良禎太, 岡崎勇樹, 河野勝宣, 佐藤稔紀, 佐藤努, 高橋学
    材料 67 3 318 - 323 2018年03月01日 [査読有り][通常論文]
     
    To ensure the safe geological disposal of radioactive wastes, it is important to determine the permeability of clays. The transient pulse test is suitable to apply to the low permeability materials, because it takes relatively short term to determine the permeability. Usually we increase the upstream pore pressure in the measurement with the transient pulse test. However, it is impossible to determine the permeability of clay in this procedure because of the increase of pore pressure. Therefore, the transient pulse test has never been applied to the determination of permeability of clays. In this study, we tried to apply the transient pulse test to a clay obtained in Mizunami Underground Research Laboratory to determine the permeability with decreasing the downstream pore pressure. It was clarified that the transient pulse test with decreasing downstream pore pressure is appropriate from the measurement of granite. It was shown that the permeability of a clay was determined by the transient pulse test with decreasing the downstream pore pressure, which agreed with the permeability determined from the falling head test. The measurement time of the transient pulse test is much shorter than that of the falling head test. It is concluded that the transient pulse test is appropriate for the determination of the permeability of clays.
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  • Yoshitaka Nara, Masaji Kato, Ryuhei Niri, Masanori Kohno, Toshinori Sato, Daisuke Fukuda, Tsutomu Sato, Manabu Takahashi
    Pure and Applied Geophysics 175 3 917 - 927 2018年03月01日 [査読有り][通常論文]
     
    © 2017, Springer International Publishing AG. Information on the permeability of rock is essential for various geoengineering projects, such as geological disposal of radioactive wastes, hydrocarbon extraction, and natural hazard risk mitigation. It is especially important to investigate how fractures and pores influence the physical and transport properties of rock. Infiltration of groundwater through the damage zone fills fractures in granite with fine-grained minerals. However, the permeability of rock possessing a fracture naturally filled with fine-grained mineral grains has yet to be investigated. In this study, the permeabilities of granite samples, including a macro-fracture filled with clay and a mineral vein, are investigated. The permeability of granite with a fine-grained mineral vein agrees well with that of the intact sample, whereas the permeability of granite possessing a macro-fracture filled with clay is lower than that of the macro-fractured sample. The decrease in the permeability is due to the filling of fine-grained minerals and clay in the macro-fracture. It is concluded that the permeability of granite increases due to the existence of the fractures, but decreases upon filling them with fine-grained minerals.
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  • 加藤昌治, 奈良禎太, 福田大祐, 河野勝宣, 佐藤稔紀, 佐藤努, 高橋学
    材料 65 7 489 - 495 2016年07月01日 [査読有り][通常論文]
     
    Rock masses serve a vital function as natural barriers for geological disposal of radioactive waste therefore, information on rock permeability is essential. Highly accurate measurement of permeability requires understanding of how temperature changes in the surrounding environment influence measurement results. We performed permeability measurement under conditions with dramatic changes of temperature in the surrounding environment to investigate the influence of such changes on the experimental results. Measurement of permeability with no temperature change was also conducted as reference. All measurements were conducted using the transient pulse method, and the sample material used was Toki granite obtained from Gifu Prefecture in central Japan. We found that temperature changes in the surrounding environment remarkably affected the pressure in reservoirs upstream and downstream, the pressure difference between them, and the confining pressure all increased when temperature increased for our experimental system. Notably, pressure difference was affected immediately. This difference directly relates to estimation of permeability. As temperature changes significantly affect pressure difference, it is essential to minimize temperature changes in the surrounding environment so as to achieve accurate measurement of rock permeability.
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  • Minoru Sato, Masaji Kato, Manabu Takahashi
    MATERIALS TRANSACTIONS 57 2 112 - 118 2016年02月 [査読有り][通常論文]
     
    The evaluation of hydraulic constants is generally one of the main components of reservoir engineering projects such as the development of radioactive waste disposal sites or the construction of underground CO2 storage. In the example presented here, flow pump experiments were conducted for the Horonobe mudstone to evaluate specific storage and hydraulic conductivity. The flow pump experiments were conducted with an effective confining pressure that gradually increased from 2 to 10 or 12 MPa, followed by a subsequent reduction to the initial value. The hydraulic conductivity in all cases was observed to decrease with increasing effective confining pressure in the specimens, and it did not recover to its initial value after unloading. In contrast, specific storage was observed to decrease in some specimens with increasing effective confining pressure; although this tendency was not significant in comparison to the trend observed concerning hydraulic conductivity. We therefore used theoretical analysis to calculate hydraulic constants and evaluate error ranges based on the nonlinear least-squares method. The error range value of specific storage is proposed to reduce with larger flow rates under the same confining pressures. The experimental results showed an almost linear pressure distribution from the upstream to downstream surfaces, and also showed a gradual increase in differential pressure with time in the flow pump method. Taking error ranges into account, the flow pump method is probably an easy approach for evaluating the specific storage of mudstone compared with other means of investigation that are currently available.
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  • M. Takahashi, M. Kato, W. Lin, M. Sato
    Geological Society Engineering Geology Special Publication 27 1 207 - 215 2016年 [査読有り][通常論文]
     
    Void space and permeability are two primary factors controlling the movement and storage of fluids in rock and sediments. To investigate fluid flow anisotropy in Berea sandstone, permeability was measured in three perpendicular directions under effective confining pressure as a function of pore pressure. Permeability anisotropy was observed slightly in the normal and in two parallel directions to the bedding planes. We introduced microfocus X-ray computed tomography (CT) as a non-destructive tool and the three-dimensional medial axis (3DMA) method to quantify the flow-relevant geometric properties of the voids structure. Using this apparatus and structure analysis software, we obtained the distributions of pore size, throat size and the number of connecting paths between two faces in an arbitrary region of Berea sandstone. Using these data, we also evaluated the number of connecting paths between two faces and tortuosity within an arbitrary region, and discussed the relationship between permeability anisotropy and voids geometry.
  • Manabu Takahashi, Naoki Takada, Minoru Sato, Masaji Kato, Dae Sung Cheon, Weiren Lin
    Proceedings of the 13th ISRM International Congress of Rock Mechanics, Montreal, Canada, May 2015 133  2015年05月10日 [査読有り][通常論文]
     
    © 2015 by the Canadian Institute of Mining, Metallurgy & Petroleum and ISRM. The permeability and specific storage of rocks and sedimentary layers deep underground are critical parameters for issues related to the buried evaluation of natural gas and oil, CO2 aquifer storage, various kind of waste storage and so on. The Shirahama sandstone of the Wakayama prefecture, Kii peninsular in central Japan, consists mainly of quartz grains with no cracks and rock fragments that are aggregations of various kind of minerals. The quartz grains have an average size of about 150 micron. The pre-existing pore sizes were distributed dominantly at approximately 1 micron, and the total porosity was about 13%. During the hydrostatic compression test, we measured permeability of Shirahama sandstone by Transient Pulse test for three mutually perpendicular directions. Permeability of Shirahama sandstone remained fairly constant while increasing the effective confining pressure. Permeability anisotropy was observed slightly in the normal and two parallel directions to the bedding planes. We used micro focus X-ray CT with high resolution of 10 micron to visualize and measure the voids space information in Shirahama sandstone. Three-dimensional data were obtained in the intact and stressed sandstone simultaneously. Pore structures and grain boundaries were clearly distinguished. Pore closure and grain movement were clearly observed with increasing confining pressure. Micro focus X-ray CT is an effective tool to visualize and measure the geometrical information in rocks. Three-dimensional medial axis (3DMA) method was introduced to quantify the flow-relevant geometric properties of the voids structure in Shirahama sandstone using μfocus X-Ray CT data. The number of connecting path between two faces, tortuosity and the shortest path distribution within an arbitrary region of Shirahama sandstone specimen were analyzed. Geometrical information on the number of connecting path shows reasonable correlation between permeability anisotropy and mutually perpendicular directions normal and parallel to bedding planes. In addition, we introduced numerical simulation of fluid flow of pressurized Shirahama sandstone by LBM, to discuss the permeability change caused by pressurization on effective confining pressure. We obtained the detailed distributions of fluid pressure and fluid velocity in relatively narrow voids space more than 10 μm. It was confirmed that pressurization effect on permeability caused by the decrease of the connecting path and the shortest path between arbitrary faces, and then caused a complex condition on fluid pressure and fluid velocity.
  • Masaji Kato, Manabu Takahashi, Satoru Kawasaki, Katsuhiko Kaneko
    ENVIRONMENTAL GEOTECHNICS 2 2 104 - 117 2015年04月 [査読有り][通常論文]
     
    X-ray computed tomography (CT) is useful for non-destructively visualising internal features of non-transparent objects. In addition, it provides quantitative information about the geometry and spatial distribution of an object's constituent materials. However, X-ray CT images include blurs and noises. Herein, the authors focus on the partial volume effect that causes blurs depending on image resolution. Artificial materials (e.g., thin wire and threads) and natural materials (e.g., oil sand) were observed using a microfocus X-ray CT scanner. A maximum likelihood thresholding method considering the partial volume effect based on histogram data was applied for segmenting two-and three-phase X-ray CT images. Relative errors in measured cross-sectional areas of aluminium wires and nylon threads were evaluated for verifying the segmentation method. Occupancy ratios of each phase of oil sand to its bulk volume were quantified. The introduced segmentation method estimates the volume of each constituent of two-and three-phase porous materials with reasonable accuracy.
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  • 低透水性岩石の水理・圧密特性の評価に関する研究
    加藤 昌治
    北海道大学 2014年03月 [査読有り][通常論文]
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  • Y. Kobayashi, S. Kawasaki, M. Kato, T. Mukunoki, K. Kaneko
    Advances in Computed Tomography for Geomaterials: GeoX 2010 287 - 294 2013年01月21日 [査読有り][通常論文]
     
    This study evaluates the change in porosity of a biogrout specimen using micro-focus x-ray CT scanner and image processing. First, we selected the suitable geomaterials for evaluation of porosity. The results showed that glass beads whose particle size was 0.50-0.71mm were suitable. Second, we calculated the porosity of the glass beads using a method for evaluation of porosity based on a maximum likelihood thresholding method considering the effect of mixels, which are pixels having a two-phase structure. The result showed that the ratio of the porosity of grouted geomaterial to that of ungrouted one was 0.98-0.99, whereas the value estimated by the measurement of changes in concentration of calcium ion was 0.98. Thus, both values closely agreed. Therefore, this study clarifies that the method enables us to evaluate small changes in porosity with great accuracy. © ISTE Ltd 2010.
  • M. Takahashi, W. Lin, M. Kato
    ROCK MECHANICS FOR RESOURCES, ENERGY AND ENVIRONMENT 347 - 350 2013年 [査読有り][通常論文]
     
    The advantage of using centrifugal acceleration as a fluid driving force is that it acts as a body force in a way that is similar to that of gravity. To compare the saturated hydraulic conductivity of impermeable rocks, constant head tests under centrifugal acceleration and gravity, and Transient Pulse tests were conducted. Shirahama sandstone and Kabasan granite were used as specimens for determining the hydraulic conductivity. The centrifugal constant head method proved to be low hydraulic conductivity value by an order of 1 or 2 than that by the gravity Transient Pulse method. The reason was assumed to be that an unsaturated region occurred in the bottom of the specimen because the centrifugal force is greater near the bottom (downstream side) than the top of the specimen. To avoid unsaturation inaccuracies as much as possible, appropriate specimen length and sufficient water pond will be necessary for the loading bucket assembly.
  • Masaji Kato, Manabu Takahashi, Satoru Kawasaki, Toshifumi Mukunoki, Katsuhiko Kaneko
    MATERIALS TRANSACTIONS 54 9 1678 - 1685 2013年 [査読有り][通常論文]
     
    The physical properties of two-phase materials depend on their internal structure. Therefore, segmentation of the structure of such materials is important in material sciences. In this study, we used a maximum likelihood thresholding method that considered the partial volume effect -i.e., the effect of mixels (mixed pixels)- to calculate the porosities of packed glass beads and the Berea sandstone using microfocus X-ray computed tomography (CT) images. We also examined the effects of scanning conditions on the segmentation results and assessed the porosity of possible packing structures of the glass beads to be segmented to be 33-37% based on histogram data. Moreover, we evaluated the porosity of the Berea sandstone to be 18%. Then, we examined variation in the porosity of biogrouted packing of glass beads using a microfocus X-ray CT scanner and histogram-based image analysis with the same thresholding method. Our results indicated that the ratio of grouted to ungrouted geomaterial porosities was 0.98, whereas the value estimated by measuring changes in the concentration of calcium ions was 0.98-0.99. Thus, we have confirmed that the proposed method can evaluate small changes in porosity with high accuracy.
  • 加藤昌治, 高橋学, 金子勝比古
    Journal of MMIJ 129 7 472 - 478 資源・素材学会 2013年 [査読有り][通常論文]
     
    The transient pulse method is suitable for measuring hydraulic constants of low-permeability rocks in the laboratory. This method is established and reliable; however, there is room for improvement. In this study, we examined analytical solutions of the transient pulse method and introduced a versatile technique of precise test data analysis with sensitivity analysis and experimental error estimation that is based on the nonlinear least-squares method and is applicable to other permeability tests. We also carried out highly precise transient pulse permeability tests in the laboratory and obtained highly precise experimental data. Based on the results, we validated our proposed data analysis technique based on nonlinear least squares. We conducted transient pulse permeability tests using Inada granite, which is a low-permeability rock, and evaluated its hydraulic constants (hydraulic conductivity and specific storage) using the exact solution of the transient pulse method. We estimated the experimental error between the analytical solution and the experimental data simultaneously. When the approximate solution is used, we can increase precision by considering the compressible storage of the upstream and downstream reservoirs and tubing, which is estimated by a calibration test, instead of considering only water compression. Sensitivity analysis revealed that the sensitivity of the hydraulic head difference between the upstream and downstream reservoirs in terms of hydraulic conductivity is an order of magnitude greater than that in terms of specific storage. This means that the relative error of hydraulic conductivity obtained in a laboratory test is an order of magnitude less than that of specific storage. In precise experiments, control of the room temperature is important because the fluids used in pore and confining lines have thermal expansion characteristics that are sensitive to temperature variation, and the differential pressure transducer is also directly affected by temperature change. The pressure pulse should be as small as possible because if a large change in pressure occurs, the effective stress state of the specimen changes and the permeability changes with it.
  • 加藤昌治, 高橋学, 金子勝比古
    Journal of MMIJ 129 7 409 - 417 資源・素材学会 2013年 [査読有り][通常論文]
  • Segmentation of multi-phase X-ray computed tomography images of porous materials considering partial volume effect
    Kato, M, Yamanaka, H, Takahashi, M, Kawasaki, S, Kaneko, K
    Proceedings of the 2012 World Congress on Advances in Civil, Environmental, and Materials Research (ACEM' 12) 278 - 294 2012年08月 [査読有り][通常論文]
  • 高橋 学, 加藤 昌治, 高橋 直樹, 藤井 幸泰, 朴 赫, 竹村 貴人
    応用地質 53 1 31 - 42 日本応用地質学会 2012年04月10日 [査読有り][通常論文]
  • Three-dimensional pore distribution of Kimachi sandstone and its permeability and specific storage change by the effective confining pressure
    Manabu Takahashi, Masaji Kato, Yukiyasu Fujii, Naoki Takahashi, Park Hyuck, Minoru Sato
    ISRM International Symposium - EUROCK 2012 2012年 
    Porosity and permeability are two primary factors controlling the movement and storage of fluids in rock and sediments. We measured permeability and specific storage of Kimachi sandstone for three perpendicular directions under effective confining pressure. In general, the permeability decreased with increasing the effective confining pressure. Permeability for X direction under low effective confining pressure is decreased dominantly, compared with others. On the other hand, specific storage for Z direction shows slightly low value and different tendency with increasing effective confining pressure. We introduced the three-dimensional medial axis (3DMA) method of Lindquist et al. (2000) to quantify the flow-relevant geometric properties of the voids structure in clastic sandstone. We verify the 3DMA method for application to clastic sandstone whose porosity is almost 20% and measure distributions of pore size, throat size, channel length, coordination number, and number of connecting path between two faces in arbitrary region of Kimachi sandstone specimen. In addition, we discuss the quantitative characterization of each distribution under intact and stressed to 25MPa of Kimachi sandstone.
  • 山中裕史, 川崎了, 加藤昌治, 椋木俊文, 金子勝比古
    地盤工学ジャーナル 6 2 273 - 284 2011年07月 [査読有り][通常論文]
  • 高橋 学, 加藤 昌治, 漆松 雪彦, 朴 赫
    応用地質 50 5 280 - 288 一般社団法人日本応用地質学会 2009年12月 [査読有り][通常論文]
     
    ベレア砂岩の流体移動に関連した空隙構造を定量化するため,LINDQUIST et al.(2000)による3DMA手法を取り入れた.その結果,マイクロフォーカスX線CTから得られた,応力状態が異なる空隙の3次元情報を取得することができた.直径600μmのガラスビーズを用いたCTボリュームデータおよび3DMA解析を用いたポアとスロートの幾何学情報(ポアサイズ,スロートサイズ,チャンネル長さ,配位数等)に関するデータの検証結果を紹介する.また,ベレア砂岩の大気圧,25MPa静水圧条件下におけるこれら幾何学情報の定量的な差異について報告する.
  • 小林 優矢, 川崎 了, 加藤 昌治, 椋木 俊文, 金子 勝比古
    Journal of MMIJ 125 10/11 540 - 546 社団法人 資源・素材学会 2009年11月25日 [査読有り][通常論文]
     
    This study considers a method for evaluation of porosity of biogrouted geomaterials. First, we visualized the internal structures of the specimens by using micro-focused X-ray CT scanner. We tested Souma sand, gum tips, plastic pellets, steel balls and glass beads as geomaterial to find suitable geomaterials for evaluation of porosity: geomaterials whose CT-number histogram was bimodal. The results clarified that one of the geomaterials, glass beads whose particle size was 0.50-0.71mm, was suitable for evaluation of porosity. Second, we calculated the porosity of the glass beads by using a ...
  • 高橋 学, 竹村 貴人, 加藤 昌治
    応用地質 45 4 192 - 196 2004年10月 [査読有り][通常論文]
     
    To visualize the microstructure in rocks under confining pressure, micro focus X-ray CT system that can get three dimensional data simultaneously with high resolution of 10 micron is introduced. A new pressure vessel for micro focus X-ray CT that can be pressurized up to high confining pressure of lOOMPa is developed. Using this pressure vessel, the aperture changes of preexisting fracture in the fault related granite and in cored mudstone were observed. Aperture decreased firmly with increasing confining pressure. The multi planar reconstruction images enable us to distinguish well between...
  • G Dhakal, T Yoneda, M Kato, K Kaneko
    ENGINEERING GEOLOGY 65 1 31 - 45 2002年01月 [査読有り][通常論文]
     
    Slake durability of rocks is an important property of rock-mass and rock-materials in geotechnical practice. The slake durability of rocks is closely related to their mineralogical composition. In this paper, mineralogical examinations and slake durability tests for argillaceous clastic rocks, especially pyroclastic rocks, sandstones and mudstones of Neogene Tertiary age from Japan, were performed in order to assess the slake durability and rock alteration process of these rocks as well as to understand the relationship between mineralogy and durability. The mineral composition and textural features of the rocks were studied by means of optical microscopy (OM), X-ray diffractometry (XRD), electron microprobe analysis (EPMA), and scanning electron microscopy (SEM). In addition, the slake durability test was carried out by using the standard testing method of ISRM [Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 16 (1979) 148] in distilled water and in the aqueous solutions with dissolved electrolytes of NaCl and CaCl2. The pyroclastic rocks and tuffaceous sandstone, rich in di-octahedral and tri-octahedral Fe smectite, respectively, show distinctively different slaking behaviors. The pyroclastic rocks show relatively high slaking (Id(2) = 55.5% and Id(10) = 10.5%) than the tuffaceous sandstone (Id(2) = 94.1% and Id(10) = 87.8%, refer to text for Id(2) and Id(10)). This difference in the slake durability observed in these rocks is due to the microscopic occurrences of smectite present in the interspaces between the particles (pyroclastic rocks) and zeolite cementing the interspaces (tuffaceous sandstone) as alteration minerals. In addition, the durability results of tuffaceous sandstone show that the slake durability decreases as the degree of weathering increases (weathered material Id(2) = 88.7% and Id(10) = 65.3%). Furthermore, two mudstones of Miocene and Pliocene ages, having different clay mineral compositions (smectite vs. illite + chlorite), show the lowest and the highest slake durability among the tested clastic rocks. Hard mudstone shows the highest (Id(2) = 98.1% and Id(10) = 95.5%) while the soft mudstone shows the lowest (Id(2) = 33.9% and Id(6) = 0.4%.) slake durability. Thus, the slake durability of pyroclastic and sedimentary rocks is greatly affected by their mineral composition and texture, and is closely related to their alteration history. Slake durability is also affected by the kind of dissolved electrolyte and its concentration in the aqueous solution, providing some useful information for geotechnical practice. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.
  • SH Cho, M Nishi, M Yamamoto, M Kato, K Kaneko
    PROCEEDINGS OF THE TWENTY-EIGHTH ANNUAL CONFERENCE ON EXPLOSIVES AND BLASTING TECHNIQUE, VOL I 187 - 196 2002年 [査読有り][通常論文]
     
    This paper presents a numerical simulation method to predict rock fragmentation and to verify a fracture mechanism by bench blasting. The rock fragmentation, which has been used as a means of the index to estimate the effect of bench blasting, affects the expenses for loading, conveyance and crushing of blasting muck piles. The developed numerical simulation method is based on the finite element method and fracture mechanics and includes the re-meshing procedure to express the fracture process of the rock mass. This paper discusses a procedure for a determination of size distributions of the results, which were calculated by numerical simulation, including the fines.
  • 金子勝比古, 中村直昭, 尾原祐二, 伊藤耕介, 米田哲朗, 加藤昌治
    資源と素材 116 7 572 - 576 社団法人 資源・素材学会,The Mining and Materials Processing Institute of Japan 2000年07月 [査読有り][通常論文]
     
    A scheme to estimate the global stress state from the local stress state evaluated by the field stress measurement is proposed. In the scheme it is assumed that the global stress is expressed by the superposition of the stress induced by the gravity and that by the horizontal movement of the upper crust.The local stress state in the rock mass under the pit of Torigata-yama open cut mine, located in Shikoku Island, Japan, was measured by the Conical-Ended Borehole Technique. The local stress distribution in Mt. Torigata region was evaluated by the 3-dim. FE-analysis and the global strain and...
  • 加藤 昌治, 川上 純樹, 米田 哲朗, 金子 勝比古, 和田 有司, 緒方 雄二, 勝山 邦久
    火薬学会誌 60 5 240 - 249 火薬学会 1999年10月31日 [査読有り][通常論文]
  • Mineralogical characterization of rock weathering :Compositional and textural analyses of weathered rocks
    Yoneda,T. Dhakal, G.P, Kato,M, Kaneko,K
    Proc．’99 Japan-Korea Joint Sympo．Rock Eng. 381 - 386 1999年07月 [査読有り][通常論文]
  • 加藤 昌治, 小池 克明, 米田 哲朗, 金子 勝比古
    資源と素材 114 12 909 - 917 社団法人 資源・素材学会 1998年11月 [査読有り][通常論文]
     
    Physical properties of rock, such as strength, elastic wave velocities and permeability, depend largely on microcrack geometry. In particular, anisotropy of these properties is intimately related to the distribution of microcrack orientations. In this paper, an estimating method for three-dimensional distribution of microcrack orientations in rock is introduced by using the associated Legendre function. If a microcrack is expressed by a penny shaped disk, the distributions of crack orientations and diameters are expressed using probability density functions respectively and the intersection...
  • 籠田久和, 冨長勇作, 加藤昌治, 大賀光太郎, 小野修司, 佐藤寿一, 古宇田亮一
    情報地質 9 2 57 - 63 日本情報地質学会 1998年06月 [査読有り][通常論文]
     
    画像から地質構造などに起因する特徴として抽出された点群に対するリニアメントの当てはめについて考察した.リニアメントを表す直線の当てはめに, 点群と直線との距離に関する最小2乗法を用いた場合には, 異なる点群間の当てはめ精度の比較には残差平方の平均が用いられる.本研究では, 点群が2変数x, yの座標値により表されるとき, 目的変数yを説明変数xの関数f(x)として表示する方法を用いた.測定値yiとf(xi)との残差平方和を最小とするように関数f(x)中の係数値を定めると, 測定値yiとf(xi)との差から当てはめ精度は相関係数で表される.そこで本研究では, 点群の中心に座標を移動し, 座標軸を回転して得られる相関係数の最大値を各点群でのリニアメント当てはめ精度とした.また, 相関係数が最大となる推定直線は, 点群と直線との距離を最小となるように定めた直線と一致することを示した.本法の有効性を調べるための応用例として, 金鉱床が存在するカルデラ地域での衛星画像内のスケルトン群を対象としたリニアメント当てはめを行い, 点群間のリニアメント当てはめ精度の比較について示した.
  • 冨長 勇作, 高田 尚秀, 古宇田 亮一, 加藤 昌治, 小野 修司, 大賀 光太郎, 田中 威
    情報地質 7 3 209 - 214 日本情報地質学会 1996年09月25日 [査読有り][通常論文]
  • Application of Geologic Information to Isothermal Mapping
    M. Kato, Y. Tominaga, K. Ohga, S. Ono, T. Tanaka
    Geoinformatics 7 1-2 13 - 18 1996年07月 [査読有り][通常論文]
  • 田中威, 加藤昌治, 冨長勇作
    北海道応用地学合同研究会論文集 7 107 - 112 1996年02月 [査読有り][通常論文]
  • 田中 威, 加藤 昌治, 冨長 勇作
    応用地質 34 6 284 - 291 一般社団法人日本応用地質学会 1994年02月10日 [査読有り][通常論文]
     
    Presently in the fields of civil engineering and resources development engineering, it is an important theme to grasp precisely existence of underground fractures or sheared faults. In development of geothermal resource, it is neccesary to estimate mechanism of heat and water supply in a wide area, and scale and shape of a geothermal reservoir in the area. In order to estimate potentiality of geothermal energy as hydrothermal convection system, it is important to know permeability of the geothermal reservoir. In the case of a fracture-type geothermal reservoir, existence of fracture system ...

MISC

書籍等出版物

  • Developments in Engineering Geology
    M. Takahashi, M. Kato, W. Lin, M. Sato (担当:共著範囲:Three-dimensional pore geometry and permeability anisotropy of Berea sandstone under hydrostatic pressure: connecting path and tortuosity data obtained by microfocus X-ray CT)
    Geological Society 2016年

担当経験のある科目（授業）

  • 応用数学北海道大学
  • 資源循環システム実験Ⅱ北海道大学
  • 資源循環システム実験Ⅰ北海道大学
  • 応用数学演習Ⅰ北海道大学
  • 計測工学実験北海道大学
  • 岩石力学実験北海道大学
  • コンピューティング演習北海道大学
  • 熱力学演習北海道大学
  • 熱力学北海道大学

所属学協会

  • 国際地熱学会   国際岩の力学会   岩の力学連合会   日本地下水学会   日本応用地質学会   日本情報地質学会   日本地熱学会   資源・素材学会   

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業
    研究期間 : 2012年04月 -2014年03月 
    代表者 : 加藤 昌治
     
    本研究で開発した自律駆動型水素吸蔵合金アクチュエータは，実質的にゼロランニングコスト，ゼロエミッションを実現した未来型のエネルギー変換装置である．特筆すべきは，100℃以下の温泉熱を高熱源として機械動力や電力を得られることである．この技術が実用化されれば，地熱利用に限らず，工場やごみ焼却場から出る廃熱の利用にも適用できるため，産業界への大きな波及効果が見込まれる．
  • Geothermal utilization technique using metal hydride actuator
    研究期間 : 2007年
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業
    研究期間 : 2004年 -2006年 
    代表者 : 金子 勝比古, 平田 篤夫, 高橋 弘, 川崎 了, 五十嵐 敏文, 加藤 昌治
     
    本研究では,フラクタル破壊力学に基づいて,岩石破壊設計における基礎的課題を解明するとともに,高度制御石壊のための新たな破壊設計法を構築しようと試みた。本研究で得られた成果をまとめると以下のようである。 1.対象スケールよりも小さな微視亀裂群を有する材料では,微視的強度が最小値の確率分布で表現できること,さらに,微視亀裂進展はプロセスゾーンとしてモデル化され,微視スケールの影響はそれの等価剛性(軟化曲線)で表現されること,を示すとともに,このフラクタル破壊力学の考えを導入した破壊プロセス解析手法を開発した。そして,岩石破壊問題にこれを適用し,岩石破壊の加圧速度依存性,動的引張強度試験による不均一性および破エネルギーの評価法などを明らかにした。また,フラクタル破壊力学に基づく破壊設計として,一自由面発破における粒度分布の予測・制御法を構築した。 2.亀裂進展速度の温度・湿度依存性を検証するとともに,これらの実験結果を分析し,亀裂先端の応力腐食反応の活性化エネルギーを同定した。そして,活性化エネルギーの値が岩石微視構造に依存することを見出すとζもに,亀裂形状のフラクタル次元と活性化エネルギーとの関係を明らかにした。さらに,応力腐食亀裂進展の考えのもとに,これらの関係を理論モデル化し,環境や微視組織の影響を考慮した亀裂進展速度の予測式を提案した。 3.岩石等の不透明材料についてその内部の微視構造を3次元的に可視化計測するためにマイクロフォーカスX線CT装置を導入した。そして,マイクロフォーカスX線CTによる3次元可視化計測により,動的引張試験におけるマルチクラック進展を検証した。さらに,種々の破壊工学・地盤工学問題に適用し,高電圧電気パルス粉砕における選択的亀裂伸張現象ベントナイト混合土の間隙構造変化,繊椎補強土の圧縮破壊形態,などを明らかにした。
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業
    研究期間 : 2002年 -2003年 
    代表者 : 金子 勝比古, 高橋 弘, 五十嵐 敏文, 緒方 雄二, 加藤 昌治, 川崎 了
     
    発破における起砕物の粒度分布を予測・評価する方法を開発するとともに,粒度分布を制御する方法について検討を加えた。本研究で得られた成果をまとめると以下のようである。 1)岩石の微視的強度の不均一性を考慮して,ホプキソン効果実験の破壊プロセス解析を行い,不均一性に起因した破壊プロセスから,破壊の時間効果が合理的に説明されることを明らかにした。これにより,開発した破壊プロセス解析法の有用性が確認された。 2)一自由面破砕の破壊プロセス解析を行い,加圧速度と破壊形態の関係を明らかにするとともに動的破壊形態から準静的破壊形態への遷移条件を明らかにした。 3)上述の破壊プロセス解析法に亀裂ネットワーク抽出と亀裂ネットワークに対しての亀裂内ガス流動解析の機能を付加した新たな結合解析法を開発した。また,開発した方法により解析された亀裂内ガス流速は実験値とほぼ一致することを示した。 4)破壊プロセス解析法をベンチ発破に適用し,ベンチ発破における岩盤の破壊プロセスを解析するとともに,解析された破壊形態から起砕物の粒度分布を評価する方法を開発した。そして,解析された粒度分布は実測された粒度分布の傾向をよく表現すること,最小抵抗線長・孔間隔・火薬原単位などの発破設計値が粒度分布に及ぼす影響に関する経験的事実もよく説明できることを確認した。これらの結果,提案する方法により,発破設計値から粒度分布を予測することが可能となった。 5)亀裂内平均ガス流動と応力波の相互作用を分析し,粒度分布制御のための最適起爆秒時差の存在を証明するとともにその値の理論的予測法を提案した。
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業
    研究期間 : 2000年 -2001年 
    代表者 : 金子 勝比古, 加藤 昌治, 尾原 祐三, 米田 哲朗, 野口 義文
     
    残壁の安定性監視は露天採掘鉱山の安全操業に不可欠なものである。そこで,高感度傾斜計測により残壁の異常を早期に検出する方法について基礎研究を実施した。得られた成果を以下にまとめる。 (1)尻屋鉱山の残壁の法面及び床面に高感度傾斜計を設置し,1年半の長期計測を実施した。その結果,本傾斜計は現場長期計測に利用可能であることを確認するとともにベンチ発破や地球潮汐に伴う岩盤傾斜変化の計測が可能であることを明らかにした。また,採掘進行と岩盤傾斜変化との関係を分析し,当サイトのカバーロックが下方に移動しはじめていること,これがカバーロックと基盤との間の不連続面の滑動に起因していること,などを明らかにした。さらに,高感度傾斜計は多段式伸縮計に比較して早期の段階から上記の変状を検出していることが確認され,本手法の残壁監視への有用性が検証された。そして,すでに,本計測は当現場の残壁監視に実用されている。 (2)高感度傾斜計を用いると重機の荷重により岩盤内に生じる傾斜変化が計測可能であることが分かった。そこで,この応用として,重機移動に伴う傾斜変化を計測し,これを弾性理論解および3次元有限要素解析解と比較することにより,岩盤の弾性定数を評価する方法を提案した。 (3)採掘に伴う岩盤の変形挙動を予測するために,採掘フィールド周囲の広域岩盤内の応力場を推定する方法を提案した。提案した広域応力場の推定法は,局所岩盤応力の測定結果を3次元有限要素法により逆解析するものである。また,この方法を鳥形山鉱山に適用し,当地域の広域応力場と広域ひずみ場を推定するとともに,当採掘域の岩盤内の応力分布を推定した。
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業
    研究期間 : 2000年 -2001年 
    代表者 : 金子 勝比古, 高橋 弘, 平田 篤夫, 米田 哲朗, 加藤 昌治
     
    不均質材料中の亀裂進展現象の解明とその岩石制御破砕への応用を目的とした基礎研究を実施し,以下に示す成果を得た。 (1)岩石中の亀裂進展と岩石微視構造との関係および亀裂面形状と岩石微視構造との関係を実験的に検討した。まず,花崗岩を対象として定変位ダブルトーション試験を実施し,亀裂進展速度と微視構造との関係を分析した。その結果,花崗岩の亀裂進展速度や応力腐食指数は異方性を有すること,この亀裂進展の異方性は潜在マイクロクラックの配向性と密接に関係すること,などを明らかにした。また,実験後の供試体の亀裂面形状を分析し,亀裂面形状のフラクタル次元も潜在マイクロクラックの配向性と密接に関係することを明らかにした。以上の結果は,亀裂はその先端領域に先在するマイクロクラックと連結して進展していくこと,亀裂進展は確率プロセスで表現されること,を示している。さらに,不均質岩石の亀裂進展速度は単結晶やガラスのそれらと大きく異なるが,これらの相違は先在マイクロクラックの断面欠損による見掛け表面エネルギーの変化として説明できることを明らかにした。 (2)岩石の不均質性が工学的性質に及ぼす影響を検討するために,岩石の風化・変質と微視構造との関係を分析した。その結果,耐スレーキング性は岩石中の粘土鉱物の組成・存在量のみならずその存在形態に密接に関係することを明らかにした。 (3)不均質性とともにマルチクラック進展を考慮した数値応力解析手法を開発し,これにより亀裂進展の確率プロセスを表現することに成功した。また,この方法をブレーカー小割破砕,壁部材切断発破,粒度制御発破の問題に適用した。そして,ブレーカーによる小割破砕の亀裂進展・破断面形成と刃先形状との関係,壁部材切断発破における貼付け装薬条件,ベンチ発破における細粒分生成と大塊生成の機構,などを明らかにした。
  • 堆積岩の変形・透水挙動の連成解析
    研究期間 : 2001年
  • Coupling analysis of deformation and pore fluid transport behaviors of sedimentary rocks
    研究期間 : 2001年
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業
    研究期間 : 1998年 -1999年 
    代表者 : 金子 勝比古, 加藤 昌治, 藤井 義明, 朝倉 國臣, 山本 雅昭, 平田 篤夫
     
    本研究では,より高度なスムースブラスティングを実現させるための必要条件を理論的・実験的に解明することを目的とし,亀裂進展を考慮したスムースブラスティングのシミュレーションコードを開発するとともに、岩石実験と数値予測により,スムースブラスティングの影響因子を定量的に分析し,その最適設計条件について検討を加えた。得られた成果をまとめると以下のようである。 (1)岩石動的破壊の数値解析法を開発するとともに,発破設計における基本定数である岩石動的強度とその発現のメカニズムについて検討を加え,動的強度と静的強度の相違は,応力集中域の寸法と亀裂進展プロセスにあること,両者の強度の比は微視的強度分布の均一性係数に依存することなどを明らかにした。 (2)スムースブラスティングにおける亀裂進展プロセスと破断面形成プロセスを解析し,起爆時間精度と破断面平滑性および損傷圏寸法との関係を明らかにした。また,トンネル掘進の試験施工により,起爆時間精度を向上させることにより,岩盤損傷が抑制され,破断面の平滑性が向上することを確認した。 (3)スムースブラスティングの効果を定量評価するために,簡易PS検層により,損傷圏寸法を迅速に計測する方法を開発した。また,本手法を実際の発破施工現場に適用し,その有用性を確認した。 以上の結果から,高度なスムースブラスティングを実現させるためには,電子遅延式起爆システムなどにより起爆時間精度を向上させるとともに,発破後に損傷圏計測を実施し,その結果を薬量・孔間隔などの発破設計にフィードバックさせることが肝要であると考える。
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業
    研究期間 : 1997年 -1998年 
    代表者 : 加藤 昌治
     
    自然対流型地熱資源の可採量評価に欠かせない断裂系の定量評価を目的として、自然対流系の形成に寄与するき裂と地熱開発に必要とされるき裂という異なったスケールの断裂系を取り上げ、いくつかの視点からそれらの評価をおこなった。本研究の内容と得られた成果は以下のようである。 蛍光浸透法により岩石端面で観察されるき裂トレースを画像データとして取り込み、画像処理を施した後、その幾何要素を統計確率的に抽出・評価した。その結果から岩石内のクランクの3次元分布特性(密度、方位、長さ、開口幅)を評価し、それから岩石の透水テンソルを求めた。本研究では、き裂分布特性評価と同時に岩石コアを用いた透水試験も実施し、その透水異方性を明らかにした。最終的に、求められた透水テンソルと透水試験結果との間には強い相関がみられた。 ある地熱地域において坑井掘削時に得られた逸泥データを地球統計学的に処理した。その結果、人間の生産活動的時間でみた貯留層の透水特性は、その分布に層状の片寄りのあることがわかった。したがって、地熱開発において熱水・蒸気のフィードポイントに坑井を到達させるためには、貯留層内のき裂密度の層状アノマリーに注意が必要である。 ある地熱地域の熱水系評価に有限要素法による2次元数値シミュレーションを実施した。現在の熱水系の状態を定常状態と仮定して、き裂性媒体である貯留層を等価多孔質体とみなし、その透水性としてボーリングコアの観察結果から低い浸透率を与えた。また、飽和岩石の熱物性値は、岩種と温度依存性を考慮して与えている。その結果として得られた温度分布は、実際に現地でおこなわれた温度検層の結果と良い一致を示した。
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業
    研究期間 : 1996年 -1997年 
    代表者 : 金子 勝比古, 加藤 昌治, 藤井 義明, 宗像 瑞恵, 小池 克明, 高島 和希, 尾原 祐三
     
    本研究では,X線CTスキャナーを用いて岩石の破砕プロセスを可視化計測して、岩石破砕における亀裂進展プロセスに対する理論的アプローチを試みるとともに、岩盤表面における亀裂計測から岩盤内部の亀裂状態を推定する方法について検討を加えた。これらの成果はすでに学会誌および国際会議などに発表しているためこれらをまとめ報告書とした。報告書は3部から構成され、各部の成果は以下のようである。 (1)X線CTスキャナーにより、岩石の破壊進行に伴う内部構造変化の可視化計測を試みた。その結果、クラス2岩石における圧縮破壊プロセスはモード・の複合亀裂による断続的剥離破壊プロセスであることを明らかにした。また、静的破砕における亀裂の可視化計測により、プロセスゾーンの存在を確認するとともに、強度不均一性に依存した亀裂の選択プロセスを実験的に明らかにした。さらに、X線CTスキャナーを岩石内部構造評価に適用し、亀裂の先端構造、水の浸透フロントの可視化計測法を確立した。 (2)岩石破砕プロセスの破壊力学的解析法を提案するとともに、提案した方法を岩石破砕現象に適用し、岩石・岩盤の破壊プロセスを明らかにした。とくに、破壊プロセスや破壊形態は強度不均一性に密接に関係することを明らかにした。 (3)画像処理や数理地質学的手法により岩盤や岩体のスケールにおける亀裂分布を可視化表現する方法を開発するとともに、それらの結果から岩盤および岩体の透水性が評価ひれることを明らかにした。
  • 多孔体の水理特性の評価のための透水試験法の高度化
    研究期間 : 1997年
  • Sophistication of permeability test methods for evaluating hydraulic properties of porous media
    研究期間 : 1997年

産業財産権

  • 特願2015-065157:地下熱交換装置及び地下熱利用システム  2015年03月26日
    佐藤圭介, 加藤昌治

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