[S-CG44] 地球惑星科学におけるレオロジーと破壊・摩擦の物理

[SCG44-P16] 非定常なひずみ速度に対する複雑流体の降伏と破壊

*桑野 修¹、村松 弾²、市原 美恵² (1.国立研究開発法人 海洋研究開発機構、2.東京大学地震研究所)

火山噴火におけるマグマの流動・破砕やプレート境界地震におけるスロー地震・断層の高速破壊ように、物質の流動から固体的な破壊への遷移は、固体地球科学において重要かつ未解明の現象である。近年、ソフトマター物理学の分野で、流体の破壊現象についての新しい実験結果が発表され、急速に研究が進展しつつある。粘弾性体が破壊に至る過程では、著しく非定常かつ大きな変形挙動を伴うため、通常の測定(定常変形下での粘性率や微小振動下での粘弾性応答)から得た物性ではうまく表現できないという問題が提起されている。われわれは流動状態にある物質が変形速度の増加によって固体的に破壊する現象に注目し、粘弾性効果の観察しやすいソフトマター材料を使用した室内実験を実施した。実験試料にはひも状ミセル溶液と合成スメクタイト水分散液を使用した。回転式レオメーターを用いて、粘弾性測定の後、せん断歪み速度を一定の加速度(0.1, 1, 10, 100 s^-2)で増加させる加速せん断試験を実施した。その結果、流動から破壊への遷移は、ひずみ速度に対する従来のダイアグラムでは説明できないことがわかった。むしろ、流体の脆性破壊と降伏は、固体のように応力やひずみによって良く記述された。微小歪みでのレオロジー測定による弾性的挙動の確認は、流体が脆性的に破壊するという解釈に不十分である。