凍上力に対して高剛性ロードフレームが必要なのはなぜですか？変形ゼロで最大圧力を捉える

高剛性ロードフレームは、凍結水によって発生する巨大な圧力に装置が変形せずに耐える必要があるため、最大凍上力を正確に測定するために必須です。ラボプレスがわずかにでもたわんだり伸びたりすると、岩石の亀裂の体積が増加し、人工的に圧力が低下して、著しく歪んだデータが得られます。

コアの要点：凍上による真の最大力を捉えるためには、試験環境は「変位ゼロ」の状態を維持する必要があります。高剛性フレームは、膨張する氷の運動エネルギーが、装置の機械的なたわみによって消費されるのではなく、完全に力センサーに向けられることを保証します。

凍上シミュレーションのメカニズム

研究者はこれらのフレームを使用して、地下深部の岩盤や高地の寒冷地域に見られる過酷な条件を模倣します。

これらの環境では、岩石の亀裂は周囲の地質による巨大な重量によって拘束されています。

亀裂水の凍結膨張によって発生する圧力は軽視できません。数メガパスカルに達することがあります。

標準的な実験装置は、このレベルの力に曲がらずに耐える構造的完全性を欠いていることがよくあります。

「最大」の力を測定するには、凍結プロセス中に亀裂の体積が変化してはなりません。

高剛性フレームは定数境界拘束を提供し、ゼロに近い変位の条件を強制します。

機械構造は、力センサーをサポートする剛性のあるバックボーンとして機能します。

バックボーンがシフトすると、センサーは氷の純粋な圧力ではなく、フレームの動きを測定します。

鋼鉄の試験フレームを含むすべての材料には、ある程度の弾性があります。しかし、標準的なフレームは、凍上によるメガパスカルレベルの圧力にさらされると、「微小弾性変形」を起こします。

フレームが伸びると、膨張する氷のエネルギーを吸収するスプリングのように機能します。

この膨張は岩石サンプル内の内部圧力を緩和し、センサーが真の最大力よりも低い値を記録する原因となります。

亀裂岩盤の実験を設計する際には、装置の剛性がデータの品質を決定します。

凍上測定における真の精度には、サンプル内の氷の膨張よりも強力な機械が必要です。

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Haodong Xu, Ruizhi Chen. Frost heaving damage mechanism of fractured rock masses: Main research progress and prospects for international frontiers. DOI: 10.56028/aetr.10.1.293.2024

この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Press ナレッジベース .