研究室介绍 English Japanese
前言
地下空间工程研究室隶属于熊本大学工学部土木建筑学科。研究主要针对土木工程和资源开发领域中的岩盘工程相关问题。
研究介绍
我们的研究室以岩盘工程的视角，致力于解决土木与资源开发领域中的各种问题。
关于断层附近裂隙刚度的研究——面向诱发地震的控制
本研究旨在提出一种新颖的方法，通过提高断层核心周围损伤带的刚度来调控诱发地震的强度。首先，在假设断层遵循线性滑移弱化行为的前提下，通过评估地震事件的能量释放，对该方法的有效性开展解析验证。随后，基于由数百万条裂隙组成的离散裂隙网络，为数值模型中各单元计算并赋予等效柔度张量，从而构建能够再现断层损伤带内复杂且非均质应力场的矿区尺度模型。
研究表明，裂隙刚度在大多数情况下都会显著影响各项地震震源参数。当裂隙刚度提升至原来的 5倍时，各震源参数均下降至约 40%–50%，且这一结果与解析研究所得结论高度一致。上述发现表明，在断层核心附近的高度破碎岩体中提高裂隙刚度，可有效缓解地震灾害，并为该方法的未来工程化应用奠定基础。在后续研究中，我们计划采用离散元模型（DEM）对该方法进行进一步验证，以深化对其内在作用机制的认识，并评估其在更复杂地质条件下的可行性。
结合SAR 相干性分析与大气扩散模型，评估超旱环境中由ASGM活动引发的汞迁移及其归趋
汞是一种全球性污染物，而人为汞排放量最大的来源之一是手工及小规模金矿开采（ASGM），每年向环境释放约 2000 吨汞。 在毛里塔尼亚的查米（Chami），这个以极端干旱气候闻名的小镇，是手工矿工将金矿石带来、并在名为 “Grillage 区” 的 ASGM 专用区域使用整体汞齐化法进一步处理以提取黄金的中心。在这一过程中大量汞被释放，但其迁移路径与最终归趋仍缺乏充分认识。 由于当地属于发展中国家的偏远地区，同时受到极端干旱、植被覆盖度极低以及地面观测网络有限等因素的影响，评估汞的迁移过程变得十分复杂。
本研究旨在构建一种综合方法，将 SAR 相干性分析、大气扩散模型以及土壤中汞的地球化学分析结合起来，用于追踪 ASGM 活动排放的汞及其沉积模式。 与 ASGM 活动相关的地表扰动以及高强度汞排放，可通过 SAR 相干性分析进行检测。同时，在超干旱环境特有的气象条件下，大气扩散模型可模拟不同形态汞的输送过程及其环境归趋。 通过进一步结合年代学分析、遥感资料和大气模拟，本研究为极端干旱环境中的汞分布提供了新的认识，并提出了一种低成本、高效率、适用于长期环境监测的方法体系。
二氧化碳矿物化反应的促进技术开发
随着全球能源需求的不断增长，CO₂ 排放量持续上升，使得将全球变暖控制在《巴黎协定》所设定的 2°C 以内的任务愈发紧迫。这进一步凸显了制定有效 CO₂ 减排策略（包括大规模地下封存）的必要性。然而，传统的地质封存技术仍面临诱发地震及潜在地表泄漏等挑战，因此亟需探索更加安全、高效的碳捕获与封存（CCS）途径。 本研究主要评估蛇纹岩、橄榄岩和玄武岩等不同岩石类型的碳化潜力。实验结果表明，蛇纹岩表现出最强的反应活性，在暴露于 CO₂ 后的一周内即可释放大量 Mg²⁺。此外，本研究还在密闭条件下考察了含碳酸酐酶（CA）的微生物溶液对碳酸盐生成过程的促进作用。
为揭示碳酸盐沉淀的程度及其形成特征，本研究综合运用了 X 射线荧光（XRF）、X 射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）和衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）等多种分析技术。结果显示，蛇纹岩凭借其优越的溶解动力学特性和矿物组成，是实现快速 CO₂ 矿化最具潜力的岩石类型。
断层破碎带内应力分布的研究
本研究旨在揭示断层破裂带（Fault Damage Zone, FDZ）内部的应力分布特征，这一问题是理解岩体力学行为与地震孕育过程的基础性科学议题。我们已开展、正在进行以及计划实施的所有实验，皆围绕这一核心目标展开。不同于以往侧重裂隙尺寸效应或裂纹扩展行为的研究，本研究更关注由复杂裂隙网络主导的三维应力场调控机制。
通过结合三维打印类岩石材料与数值模拟技术，我们力图对断层带力学模型进行验证与优化。目前的研究已在纯数值模拟与实验观测之间构建起有效的连接，为探究 FDZ 的力学行为提供了可靠基础。在后续研究中，我们将进一步开展流体注入试验以及针对复杂裂隙体系的直剪实验，以系统研究裂隙介质中应力、变形与流体流动之间的多场耦合机制。这些工作将有助于深化我们对破碎带力学过程的理解，并推动断层带力学模型的进一步发展。
基于熊本地震动力模拟的俵山隧道动态行为分析
本研究以熊本地震中受灾最为严重的俵山隧道为对象，开展山岳隧道的动力稳定性分析。为揭示地震作用下山岳隧道的稳定性及结构响应特性，使用包含周边地形的俵山隧道三维模型进行地震响应分析。本研究将震源断层模型所得的速度时程作为俵山模型的输入地震动。
