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尾上 博則; 山本 真哉*; 小橋 昭夫; 尾崎 裕介; 櫻井 英行*; 増本 清*
JAEA-Research 2018-003, 84 Pages, 2018/06
JAEA-Research-2018-003.pdf:17.44MB
本研究では瑞浪超深地層研究所周辺における透水不均質性の高い岩盤を対象とした数値実験を実施し、推定対象とする水理地質構造を絞り込むことや評価対象領域の水理地質構造を考慮した観測点の配置が重要であることを確認した。さらに、原位置で実施した揚水試験データを用いた逆解析を実施し、水圧応答データを用いた逆解析が、重要な水理地質構造の特定や水理地質構造の概念および解析モデルの信頼性の確認・向上といった地下水流動特性評価に有効であることが示された。
尾崎 裕介; 松井 裕哉; 桑原 和道; 多田 浩幸*; 櫻井 英行*; 熊坂 博夫*; 郷家 光男*; 小林 伸司*
JAEA-Research 2016-007, 125 Pages, 2016/06
JAEA-Research-2016-007.pdf:34.66MB
瑞浪超深地層研究所では、これまでクラックテンソルモデルを用いた掘削解析を行ってきた。現在、瑞浪超深地層研究所では深度500mにおいて再冠水試験が実施されている。本研究では、クラックテンソルモデルを用いて坑道が冠水する過程における亀裂および掘削損傷領域を含む岩盤挙動の評価を行う。坑道が冠水する過程での応力状態の変化を評価するために、冠水坑道内の水位が異なる場合の解析を行った。また、冠水後に坑道内に地下水の流入が継続した場合の応力状態を推定するために、冠水坑道内の水圧が深度相当の水圧と同程度まで上昇した場合の解析も行った。これら坑道の冠水過程における解析において、最大の応力が岩盤に作用した場合の状況を推定するため、地下水の岩盤への浸透を無視して解析を実施した。これらの解析に加えて、冠水後に長時間経過した場合における岩盤の応力状態を予測するため、地下水の岩盤への浸透を考慮した場合の解析も実施した。解析の結果、これら坑道の冠水過程において、岩盤にかかる応力は、冠水坑道壁面付近で坑道内の水圧程度まで達することが予測された。
小橋 昭夫; 尾上 博則; 山本 真哉*; 本多 眞*; 櫻井 英行*; 増本 清*
JAEA-Research 2015-022, 89 Pages, 2016/03
JAEA-Research-2015-022.pdf:27.85MB
高レベル放射性廃棄物の地層処分事業においては、地表より300m以深の地下深部に数km四方の地下施設が建設される。地層処分の安全性の評価にあたっては、放射性核種の主要な移行媒体となる地下水の流動特性やその不均質性を把握することが重要である。岩盤中には周辺岩盤と比較して数桁に渡り透水性の異なる断層や亀裂といった不連続構造が分布している。それらは空間的な透水不均質性の要因であり、地下水の流動方向や流速に大きな影響を与えている。このような透水不均質を効率的に推定するにあたっては、揚水試験などによる地下水圧変化データを用いた地下水流動の逆解析が有効な手法の1つとして挙げられる。一方で、原位置調査には調査数量や工期といった様々な制約があり、取得される調査データは限られたものとなる。また、調査の量や質に応じて最適な逆解析手法を選定する必要があると考えられる。そこで、本研究では地下水流動評価における逆解析手法の適用方法の検討に資することを目的として、複数の解析手法を用いた数値実験を実施した。さらに、得られた結果に基づき、解析手法の違いが解析結果に及ぼす影響の分析、およびそれぞれの手法の適用性を整理した。比較検討には、変分法による随伴方程式を用いたデータ同化手法であるアジョイント法、および逐次データ同化手法の一種であるアンサンブルカルマンフィルタによる逆解析手法を適用した。
真田 祐幸; 佐藤 稔紀; 丹野 剛男*; 引間 亮一*; 多田 浩幸*; 熊坂 博夫*; 石井 卓*; 櫻井 英行*
JAEA-Research 2014-006, 124 Pages, 2014/06
JAEA-Research-2014-006.pdf:11.26MB
日本原子力研究開発機構では、結晶質岩を対象とした深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤の整備と、深地層における工学技術の基盤の整備を目標として、岐阜県瑞浪市において超深地層研究所計画を進めている。超深地層研究所計画における岩盤力学分野では、地上からの調査段階において、研究坑道の掘削に伴い周辺岩盤中に生じる掘削影響の評価方法の構築を課題の一つとして設定している。本報告では、深度500mまでの立坑および水平坑道の研究坑道の壁面観察や力学試験データ等を使用してクラックテンソルの算定を行った。そして、深度500mにおけるクラックテンソルを用いて、換気立坑の深度500mおよび深度500m予備ステージの2次元掘削解析を行った。また、第1段階の調査(MIZ-1号孔)結果に基づいて算出した深度500mのクラックテンソルの検証を本報で算定したクラックテンソルを基に行った。さらに、換気立坑の深度170から500mおよび深度500m予備ステージを対象に、基準領域および観察領域を設定し、クラックテンソルの相対誤差を算出するとともに、観察領域の大きさに伴う相対誤差の変動の様子を調べた。
山本 真哉*; 本多 眞*; 櫻井 英行*; 鈴木 誠*; 真田 祐幸; 杉田 裕; 松井 裕哉
Proceedings of 14th Annual Conference of the International Association for Mathematical Geosciences (IAMG 2010) (CD-ROM), 12 Pages, 2010/09
高レベル放射性廃棄物の地層処分での処分場の設計においては、地下水水質分が明らかになれば地下深部水理地質環境を理解することができる。本研究は、広範囲で網羅的に調査されている比抵抗値と関連性がある地下水の化学的特性をモデル化する地球統計学的手法を提案するものである。提案するシステムは2つの手法を組合せており、一つはクリギング手法を用いた比抵抗データの統合、もう一つはクリギングによる水理地球化学特性の3次元モデル化である。偶然の不確実性と認識された不確実の2種類の不確実性が明らかになったが、提案した手法によるこれらの不確実性は、従来のモデルの不確実性よりも小さかった。
本多 眞*; 山本 真哉*; 櫻井 英行*; 鈴木 誠*; 真田 祐幸; 杉田 裕; 松井 裕哉
土木学会論文集,C, 66(3), p.609 - 624, 2010/08
地下水水質や透水性などの地下深部の地質環境は一般に空間的に不均質であり、限られた調査から合理的かつ信頼性の高いモデルを構築する技術は、高レベル放射性廃棄物処分場のような大規模な地下構造物の設計において非常に重要となる。またモデルの信頼性を担保するためには、モデルに含まれる不確実性を定量的に評価できることが求められる。本論文では特に地下水の水質分布に着目し、広範囲かつ網羅的に調査が可能な電磁探査から得られる比抵抗値との相関関係を利用した地球統計学的な三次元分布のモデル化手法を提案した。具体的には幌延深地層研究計画で取得された広域の電磁探査から試錐孔における電気検層までさまざまなスケールの比抵抗値データをその精度に応じて段階的に統合した比抵抗値モデルと離散的にしか得られない限られた地下水水質データから三次元分布モデルを構築した。さらには、構築されたモデルに含まれる不確実性に着目して、不確実性の要因を整理したうえでデータに基づいたシミュレーションによりその評価を行った。その結果、提案手法によるモデルの不確実性が他の手法と比べて小さく見積もられ、提案手法の有効性を示すことができた。
瀬野 康弘; 中間 茂雄; 佐藤 稔紀*; 郷家 光男*; 多田 浩幸*; 櫻井 英行*
JAEA-Research 2007-081, 120 Pages, 2008/01
JAEA-Research-2007-081.pdf:13.48MB
本報告書は、第2段階以降の調査・研究計画策定のための基礎情報を得ることを目的とし、研究坑道の深度500m付近の立坑と水平坑道の連接部を対象に、クラックテンソルモデルにより掘削損傷を考慮した3次元応力解析を行い、その応力状態を用いて仮想割れ目モデルによる透水性変化解析を行った結果について報告するものである。解析検討により得られた知見は以下のとおりである。(1)岩盤等級が下がると、立坑及び水平坑道の内空変位,支保工部材の応力は増加した。ただし、最大せん断応力,安全率,平均透水係数の増加領域の分布には変化がほとんど見られなかった。(2)連接部における立坑の内空変位は一般部の1.1倍に増加した。連接部の影響範囲は、水平坑道の代表径の2倍程度であった。また、連接部における水平坑道の内空変位は一般部の1.9
2.2倍に増加した。(3)掘削損傷領域の存在を考慮すると、立坑及び水平坑道とも、内空変位や支保工部材の応力は増加し、平均透水係数の最大増加率は大幅に増加した。(4)3次元的な亀裂分布に基づく岩盤挙動をより適切に表現するには2次元モデルより3次元モデルが有効である。
山本 真哉*; 櫻井 英行*; 鈴木 誠*; 穂刈 利之*; 白石 知成*; 松井 裕哉; 杉田 裕; 真田 祐幸
no journal, ,
高レベル放射性廃棄物の地層処分における性能評価や処分場の設計を行ううえで、処分場を展開する領域内の地質構造や水質分布を効率的に把握することは重要である。そこで、筆者らは幌延深地層研究計画が研究対象としている領域内で実施された空中電磁探査,地上電磁探査,電気検層の3つの比抵抗値と地下水の水質分布に関する情報を用い、地球統計学をベースにした三次元比抵抗モデルと水質分布モデルを構築するとともに、調査手順とモデルの信頼性との対応関係に関する考察を行った。その結果、比抵抗モデルの構築については、地上探査を早期に実施することで信頼性の高いモデル化が行えることが確認できた。水質分布モデルの構築については、比抵抗値と水質との相関より水質の深度依存性が大きいため、本手法の利点が反映されない結果となった。
櫻井 英行*; 本多 眞*; 山本 真哉*; 鈴木 誠*; 真田 祐幸; 杉田 裕; 松井 裕哉
no journal, ,
地下水水質や透水性などの地下深部の地質環境は一般に空間的に不均質であり、限られた調査から合理的かつ信頼性の高いモデルを構築する技術は、高レベル放射性廃棄物処分場のような大規模な地下構造物の設計において非常に重要となる。またモデルの信頼性を担保するためには、モデルに含まれる不確実性を定量的に評価できることが求められる。本研究では、特に地下水の水質分布に着目し、広範囲かつ網羅的に調査が可能な電磁探査から得られる比抵抗値との相関関係を利用した地球統計学的な三次元分布のモデル化手法を提案した。具体的には幌延深地層研究計画で取得された広域の電磁探査から試錐孔における電気検層までさまざまなスケールの比抵抗値データをその精度に応じて段階的に統合した比抵抗値モデルと離散的にしか得られない限られた地下水水質データから三次元分布モデルを構築した。その結果、本研究で提案した手法は、一般的に使用される地球統計手法と比べ、推定残差とのばらつきが小さく、本手法の有効性を示すことができた。
本多 眞*; 櫻井 英行*; 山本 真哉*; 鈴木 誠*; 真田 祐幸; 杉田 裕; 松井 裕哉
no journal, ,
地下水水質や透水性などの地下深部の地質環境は一般に空間的に不均質であり、限られた調査から合理的かつ信頼性の高いモデルを構築する技術は、高レベル放射性廃棄物処分場のような大規模な地下構造物の設計において非常に重要となる。またモデルの信頼性を担保するためには、モデルに含まれる不確実性を定量的に評価できることが求められる。本研究では、比抵抗値を利用して構築した地下水水質モデルが含む不確実性の要因を偶然的不確実性・認識論的不確実性の2つの観点から整理した。また、本研究で提案したモデルを構築するうえで含まれる不確実性の定量化を試みた。
山本 真哉*; 本多 眞*; 櫻井 英行*; 尾上 博則; 増本 清*
no journal, ,
観測結果から一意にモデルを同定できない不適切問題を解く手段として、データ同化技術が近年注目されており、筆者らは地下水流動解析を対象として、逐次データ同化技術の一種であるアンサンブルカルマンフィルタを用いた逆解析手法を開発してきた。本研究では、アンサンブルカルマンフィルタを用いて、不均質な透水係数分布を同定するための手法について検討し、その適用性を数値実験により検証した。本数値実験の結果、不均質な透水係数分布を概ね同定できたことから、揚水試験結果から水理地質構造の透水不均質性を評価する際にアンサンブルカルマンフィルタが有用な逆解析手法になりうることが示された。
山本 真哉*; 本多 眞*; 櫻井 英行*; 尾上 博則; 増本 清*
no journal, ,
断層などの不連続構造によって生じる透水特性の空間的な不均質性は、周辺の地下水流動場に大きな影響を与えるため、その把握が重要となるが、原位置調査だけでこれを評価するのは容易ではない。しかし、透水特性に顕著な不均質性が存在した場合、原位置調査で取得された地下水観測データにもその影響が反映されると考えられるため、観測データと地下水流動モデルを用いて逆解析を行うことにより不均質性を評価できる可能性がある。透水係数の3次元分布を求めるためには多数の未知パラメータの同定が必要であり、さらに、地下水流動モデルは非線形であることから、これを一般的な逆解析手法で解くことは困難である。そこで、本研究では多次元かつ非線形の逆問題にも適用可能なアンサンブルカルマンフィルタによる逆解析を実施し、透水特性の空間的な不均質性の評価手法としての適用性を確認した。本手法の適用性確認にあたっては、揚水試験を模擬した数値実験を実施し、アンサンブルカルマンフィルタの性能や特性について考察した。
小橋 昭夫; 尾上 博則; 山本 真哉*; 本多 眞*; 櫻井 英行*; 増本 清*
no journal, ,
地下水流動評価における逆解析手法の適用方法の検討に資することを目的として、複数の解析手法を用いた数値実験を実施した。さらに、得られた結果に基づき、解析手法の違いが解析結果に及ぼす影響の分析、およびそれぞれの手法の適用性を整理した。比較検討には、変分法による随伴方程式を用いたデータ同化手法であるアジョイント法、および逐次データ同化技術の一種であるアンサンブルカルマンフィルタによる逆解析手法を適用した。本研究では、数値実験を実施し、それぞれの手法の性能が最大限に発揮される適用条件が異なる可能性を示した。
山本 真哉*; 櫻井 英行*; 尾上 博則; 増本 清*
no journal, ,
地下水流動解析においては、原位置調査により取得できる地下水特性が量的・空間的に限られるため、大きな不確かさのもとで水理特性パラメータを設定し、シミュレーションを実行することになる。このような状況で解析の信頼性を確保するためには、観測結果に基づいた特性パラメータのキャリブレーションがなされるが、逆解析は合理的にキャリブレーションを実行できることから有効なツールとなる。さらには、逆解析の結果から解析モデルに含まれる欠陥や解析結果の不確かさを評価することも可能である。逆解析に用いる観測データに関しては、数量だけでなく、その取得位置も重要な要素となる。したがって、想定される水理場に応じて地下水データの観測地点を設定すれば、より効果的に地下水流動の逆解析が実現できると考えられる。そこで、本研究では地下水の模擬観測データを用いた逆解析の結果に基づいて、地下水特性パラメータの同定に有利な観測地点を評価する方法について検討した。
尾崎 裕介; 小橋 昭夫; 尾上 博則; 山本 真哉*; 櫻井 英行*; 増本 清*
no journal, ,
本共同研究では、限られた調査データを有効に活用して不均質な水理特性の空間分布を効率的に推定できるように、逆解析を組み込んだ地下水流動特性の評価手法に関する検討を実施している。本稿では推定対象となる断層の数と、その推定条件が解析結果に及ぼす影響の確認及び、水圧観測の位置や観測点数の違いが解析結果に及ぼす影響の確認を目的として実施した数値実験結果についてまとめた。数値実験の結果、水圧変化データを用いた逆解析で透水係数分布の推定精度を向上させるためには、推定対象を絞り込むための事前情報が必要であること、逆解析結果を用いて観測位置を適切に選定することで、限られた観測点数でも逆解析の精度の向上が可能であることを確認した。
山本 真哉*; 櫻井 英行*; 尾上 博則; 増本 清*
no journal, ,
地下水流動を対象とした数値シミュレーションでは、調査により得られる水理特性に関する情報が限られるため、透水係数や境界条件などについて大きな認識論的不確かさが存在する。地下水流動シミュレーションの不確かさを低減する手段の一つとして地下水モニタリングデータのデータ同化手法がある。このうち、多数のサンプルを用いてシミュレーションを実行するアンサンブルデータ同化では、サンプル集合のばらつきから不確かさを確認できるため、物性パラメータなどの不確かさが解析結果に与える影響を容易に評価できる。本発表ではデータ同化の解析結果から得られる不確かさに関する情報に基づき、不確かさの低減に効果的な地下水のモニタリング位置について評価した結果を報告する。
