多孔質媒体不飽和水理試験設備(CLUE)試験結果および解析評価

Experimental studies on unsaturated zone surrounding rock using Characterizing Laboratory test on Unsaturated zonE(CLUE)

菊池 広人*; 杉田 裕 ; 千々松 正和*; 鈴木 英明*; 小松 満*; 西垣 誠*

Kikuchi, Hirohito*; Sugita, Yutaka; Chijimatsu, Masakazu*; Suzuki, Hideaki*; Komatsu, Mitsuru*; Nishigaki, Makoto*

高レベル放射性廃棄物の地層処分においては、処分場の建設にともない坑道周辺に不飽和領域が発生すると予想される。この不飽和領域の発生は、坑道周辺の岩盤への空気の侵入、その空気による地下水中の酸化還元電位の変化、さらには鉱物の酸化による収着性の変化へと影響する。これらの影響は、安全評価で考慮している地下環境条件とは異なるものを作りだすことになり、条件によっては人工バリアの健全性に直接関連するオーバーパックの腐食挙動に影響すると考えられる。そこで、不飽和領域の発生メカニズムを解明するため、坑道周辺の不飽和領域の発生を再現する多孔質媒体不飽和水理試験設備(CLUE)を設計製作した。CLUEは、岩盤を模擬した媒体としてガラスビーズを用いた試験水槽Aと実岩盤を用いた試験水槽Bを備えている。不飽和水理試験に供するガラスビーズに関する飽和・不飽和の水理物性試験を実施し、不飽和浸透流解析に必要となる物性値を取得した。また、間隙水圧計および誘電率計測法(FDR水分量計測装置)を試験水槽Aの試験に用いた。試験水槽Aでの不飽和水理試験の結果、ガラスビーズを用いて不飽和領域の発生状況を再現することができ、また、間隙水圧計および誘電率計測法によってこれらの分布および経時変化を測定することが可能であることが確認された。さらに、定常状態における不飽和領域の分布に関しては、試験結果と不飽和浸透流解析結果は良い一致を示した。

In geological disposal of high-level radioactive waste (HLW), unsaturated zone will be developed around the disposal tunnel due to the construction of the tunnel. The development of the unsaturated zone would lead to the intrusion of the air into the surrounding rock and then oxygen would dissolve into ground water. Dissolved air affects the redox potential of the ground water and also oxidizes minerals existed in surrounding rock and changes their sorption capacity. These influences would change the geochemical conditions of the repository and affect the corrosion behavior of the overpack. Therefore, Characterizing Laboratory test on Unsaturated zonE (CLUE) was designed and assembled to understand the development process of the unsaturated zone. The CLUE is designed from the viewpoint of the hydraulic characteristics. CLUE has two test tanks. The test tank A uses glass beads to simulate rock mass, the test tank B uses rock block sample. Fundamental hydraulic data of the glass beads on saturation/unsaturation conditions for numerical analysis was obtained. Tests using the test tank A used the piezometer and frequency domain reflectometry (FDR) to measure the unsaturation behavior. From the results of the test tank A, the unsaturated zone was developed around the tunnel. The piezometer and FDR measured the distribution and the time history of the unsaturated zone well. In stable condition, measurement data was in good agreement with the analytical results.