画像計測を用いた地圏素材の破断と内部構造評価および長期変化に関する研究

• Material Type: 博士論文
• Title: 画像計測を用いた地圏素材の破断と内部構造評価および長期変化に関する研究
• Author/Editor: 藤井, 幸泰
• Author Heading: 藤井, 幸泰
• Publication Date: 2014
• Publication Date (W3CDTF): 2014
• Periodical title: 博士論文（埼玉大学大学院理工学研究科（博士後期課程））
• Degree grantor/type: 埼玉大学
• Date Granted: 2014-03-24
• Date Granted (W3CDTF): 2014-03-24
• Dissertation Number: 乙第219号
• Degree Type: 博士(工学)
• Conferring No. (Dissertation): 乙第219号
• Text Language Code: jpn
• Target Audience: 一般
• Note (General): type:text; 遺跡などの歴史的構造物を調査する際，最初に行われるのがドキュメンテーション（documentation）である．ドキュメンテーションで作成された重要記録を保存し未来に伝達することがアーカイヴ（archive）であり，歴史的構造物の長期変化を捉える事も可能である．長期変化を正確に捉えることは，構造物修復のための適切な時期や手法の選択に必要であり，長期保存に不可欠な要素である．一方，構造物を対象としたドキュメンテーションを実施する際，構造物全体の変化記録と共に，構造物を構成する素材の変化を記録することも重要と考えられる．これら変化に関わるプロセスやメカニズムとして，風化，侵食，破断が挙げられる．侵食や破断を考慮した長期変化を捉えられれば，建設構造物の維持管理への応用も期待できる． この研究ではドキュメンテーションとして，画像計測の一つであるデジタル三次元写真測量を用いる．写真測量は同一の対象物を異なる地点から撮影した複数の写真を用いて，対象物の三次元表面モデルを構築する技術である．デジタルカメラの普及により近年急速に普及している技術であるが，土材や石材といった地圏素材への適用方法は必ずしも確立されていない．そこで土材で構成される歴史的構造物の変化を画像計測し，実際の修復や施工に反映した例を示す．一方で地圏素材の破断メカニズム解明を目的とし，同様に画像計測を利用し，石材である来待砂岩の破断メカニズムおよび構造評価を行った例も示す．すなわち画像計測を利用し，土材や石材の長期変化と破断プロセスの解明を試みた研究である． ユネスコ文化遺産保存日本信託基金によるタジキスタン共和国アジナ・テパ仏教遺跡の修復・保存プロジェクトにおいて，画像計測を用いた遺跡のドキュメンテーションを実施した．具体的には倒壊の危機にある壁の記録保存と，遺跡全体の地形図作成である．壁の三次元モデルから断面を作成すると，オリジナルの形状や厚さからは相当変化して侵食を受けていることがわかる．30 年前の発掘以降，上部は風雨に晒されて侵食され，下部は塩類風化によって窪んでいることが解る．また壁-A において，プロジェクト期間中に窪んだ脚部より上部が崩壊し，この現象の前後をドキュメンテーションすることにも成功した．そして歴史的構造物として壁の経年変化プロセスを，塩類風化による脚部の侵食→中部から上部の崩壊としてまとめることができた．更にこのような変化プロセスを，修復方法や実際の施工に生かすことができた． 地圏素材の破断現象を詳細に解明することを目的に，来待砂岩を用いて室内での三軸伸張試験を実施した．三軸伸張試験は圧力容器中で実施されるため，破断プロセスを直接観察するのは困難である．そこで試験後試料の破断面を詳細に計測および観察することにより（材料工学では“フラクトグラフィー”と呼ぶ），来待砂岩の三軸伸張試験における破壊のプロセス及びメカニズム解明を試みた．石材破断面の計測や観察には，土材にも適用したデジタル三次元写真測量を利用した．軸応力の低下により試料中のせん断応力が増加して応力円包絡線に接した際に降伏が起こり，軸方向を鉛直とした場合に20°程度の傾斜をもつせん断割れ目が形成される．このせん断割れ目の傾斜は側方応力の増加とともに大きくなる傾向がみられる．せん断割れ目沿いのズレによって試料の側方が変位を起こすが，一部で応力集中が生じて引張り割れ目の発生および進展へと発達する．引張り割れ目の破断面上には進展の形跡である構造がみられる．また引張り割れ目のラフネスは降伏時の軸応力に影響を受け，軸応力が高いほど平滑（ラフネス小）になる傾向がみられる．これら現象を，画像計測の適用により解明することができた． ところで三軸伸張試験によって形成されるせん断割れ目が，全て同じ方向を向いていることも判明した．そこで研磨片や薄片上で来待砂岩を構成する粒子をトレースし，楕円近似やステレオロジーなどの画像計測を用いて，粒子の形状および配列の異方性を解明し，堆積構造と力学異方性の関係についても検討した． ここで利用した画像計測は主に写真測量である．そこで土材や石材に写真測量を適用する際の注意点などについて検討した．まずはカメラから対象物までの距離H，左右カメラの間隔B，カメラのレンズ焦点距離c を適切に決定する必要があり，対象物の大きさLや奥行きD も考慮しながら撮影計画を検討することが重要である．具体的にはB/H≒1/5程度（1/3～1/10 の範囲），D≦H×0.3 である．また精度良く写真測量を行うには，標定点の設置やそれらの適切な測量が必要である．さらに測量に適した立体写真撮影のためには，地圏素材に当たる光源等を考慮することも重要であり，土材や石材への深い造詣も必要となる．; １．はじめに（研究背景） 11.1 地圏素材とは？ ............................................................................................................ 11.2 地形素材で形成された歴史的構造物の長期変化 .......................................................... 21.3 地圏素材の変形特性と内部構造評価 ............................................................................ 4２．画像計測について 72.1 写真測量について ......................................................................................................... 72.2 ステレオロジーについて ............................................................................................ 102.3 実際の問題への適用について ..................................................................................... 112.4 写真測量とレーザ計測の比較例～試験片サイズへの適用を例に ............................... 142.4.1 はじめに～写真測量とレーザスキャンの比較～ .................................................. 142.4.2 試料と試験方法 .................................................................................................... 152.4.3. 計測方法 ............................................................................................................ 162.4.3.1 写真測量の適用 ............................................................................................. 162.4.3.2 三次元レーザ計測 .......................................................................................... 162.4.4 計測結果 ............................................................................................................. 182.4.4.1 デジタルモデル ............................................................................................. 182.4.4.2 破断面粗度..................................................................................................... 202.4.5. 考察 ..................................................................................................................... 212.4.5.1 破断面モデルの直接比較 ............................................................................... 212.4.5.2 破断面粗度の比較 .......................................................................................... 222.4.5.3 計測手法の比較 ............................................................................................. 23３．アジナ・テパ仏教遺跡の修復・保存を目的とした写真測量モニタリングの例 273.1 はじめに～歴史的構造物の修復・保存活動とドキュメンテーション ........................ 273.2 タジキスタン共和国アジナ・テパ遺跡について ........................................................ 283.3 写真測量の適用について ............................................................................................ 303.3.1 倒壊の危険性が高い壁へのデジタル立体写真測量の適用 .................................... 303.3.2 遺跡全域の地図作成 ............................................................................................. 323.3.3 測量の精度について ............................................................................................. 343.4 測量結果について ....................................................................................................... 363.4.1 倒壊の危険性が高い壁の測量成果 ....................................................................... 363.4.2 壁-A で観察された崩壊について .......................................................................... 383.5 アジナ・テパにおける歴史的構造物の風化・崩壊過程 .............................................. 403.6 修復活動について ....................................................................................................... 433.7 アジナ・テパ仏教遺跡のモニタリングのまとめ ........................................................ 45４．来待砂岩の三軸伸張試験時の破断について～試験後破断面に写真測量を適用した例 494.1 はじめに～三軸伸張試験の意味と破断面解析（フラクトグラフィ）について .......... 494.2 来待砂岩と三軸伸張試験方法について ....................................................................... 504.2.1 来待砂岩の地質概説 ............................................................................................. 504.2.2 三軸伸張試験について ......................................................................................... 514.3 三軸伸張試験結果 ....................................................................................................... 534.4 デジタル立体写真測量による破断面計測～せん断割れ目と引張り割れ目を対象に ... 554.5 せん断割れ目の傾斜角と引張り割れ目の粗度計測 ..................................................... 584.6 破断面観察（フラクトグラフィ） .............................................................................. 604.7 三軸伸張試験における破断メカニクス～せん断割れ目形成と引張り割れ目発達 ...... 624.8 来待砂岩の三軸伸張試験時破断のまとめ ................................................................... 66５．来待砂岩の内部構造評価～粒子配列およびステレオロジーによる被表面積比の計測 695.1 はじめに～岩石の構造異方性と力学異方性について ................................................. 695.2 来待砂岩の地質について ............................................................................................ 705.2.1 地質概説 ............................................................................................................... 705.2.2 採石場で稀に観察される堆積構造 ....................................................................... 715.2.3 帯磁率異方性について ......................................................................................... 735.2.4 薄片および研磨片の地質学的観察 ....................................................................... 745.3 研磨ブロックと薄片上での粒子トレースと定性的解析 .............................................. 765.4 ステレオロジーによる比表面積比の測定 ................................................................... 845.4.1 ステレオロジーについて ...................................................................................... 845.4.2 ステレオロジーによる粒子の表面積比テンソルの計算 ....................................... 855.5 来待砂岩中の粒子形状と配列に関する考察 ................................................................ 865.5.1 帯磁率異方性と堆積構造 ...................................................................................... 865.5.2 定性的な粒子配列～楕円近似した長軸の卓越方向 .............................................. 875.5.3 定量的な異方性～ステレオロジーによる粒子の表面積比 .................................... 885.6 来待砂岩の構造異方性と力学異方性との比較 ............................................................ 885.7 来待砂岩の構造異方性と力学異方性のまとめ ............................................................ 89６．おわりに 936.1 歴史的土構造物の長期変化まとめ .............................................................................. 936.2 地圏素材の変形特性と内部構造評価まとめ ................................................................ 946.3 デジタル立体写真測量の適用について ....................................................................... 946.4 ステレオロジーの適用について ................................................................................. 97７．謝辞 99８．研究論文一覧 101; 主指導教員 : 渡邉邦夫
• DOI: 10.24561/00010329; https://doi.org/10.24561/00010329
• Persistent ID (NDL): info:ndljp/pid/8977148; https://dl.ndl.go.jp/pid/8977148
• Collection: 障害者向け資料
• Collection (Materials For Handicapped People:1): テキストデータ
• Collection (particular): 国立国会図書館デジタルコレクション > デジタル化資料 > 博士論文; https://dl.ndl.go.jp/collections/A00014
• Acquisition Basis: 博士論文（自動収集）
• Date Accepted (W3CDTF): 2015-03-01T07:09:42+09:00
• Date Created (W3CDTF): 2015-02-04
• Format (IMT): application/pdf
• Access Restrictions: 国立国会図書館内限定公開
• Service for the Digitized Contents Transmission Service: 図書館・個人送信対象外
• Availability of remote photoduplication service: 可
• Periodical Title (URI): http://dx.doi.org/10.24561/00010329; http://id.nii.ac.jp/1586/00010329/
• Data Provider (Database): 国立国会図書館 : 国立国会図書館デジタルコレクション; https://dl.ndl.go.jp

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2023-09-05 再収集