Evaluation of excavation damaged zones (EDZs) in Horonobe Underground Research Laboratory (URL)

畑 浩二*; 丹生屋 純夫*; 青柳 和平; 宮良 信勝*

Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 16(2), p.365 - 378, 2024/02

https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2023.05.010

山岳トンネルや地下備蓄基地などの地下空洞の掘削時には、応力再配分の影響により空洞周辺岩盤に損傷が生じる。このような領域では、亀裂や不連続面が発生することから、発生に伴う振動(アコースティックエミッション、AE)が生じる。本研究では、長期的な立坑周辺岩盤のモニタリングのために、光ファイバー式のAEセンサー,間隙水圧計を1つのボーリング孔に設置できるプローブを開発した。計測の結果、立坑掘削に伴ってAEの発生数が顕著となり、さらに立坑壁面から1.5mの範囲で2から4桁の透水係数の増大を確認した。さらに、数値解析の結果、間隙水圧変化と割れ目の発達領域を適切に再現できた。これらの結果を踏まえ、立坑周辺の掘削損傷領域の概念モデルを構築した。なお、この成果は、高レベル放射性廃棄物処分時の安全評価の信頼性の向上に資するものである。

マルチ光計測プローブを用いた立坑周辺岩盤の掘削影響領域の長期モニタリングとその評価(共同研究)

畑 浩二*; 丹生屋 純夫*; 鵜山 雅夫*; 中岡 健一*; 深谷 正明*; 青柳 和平; 櫻井 彰孝; 棚井 憲治

JAEA-Research 2020-010, 142 Pages, 2020/11

JAEA-Research-2020-010.pdf:13.74MB
JAEA-Research-2020-010-appendix(DVD-ROM).zip:149.9MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究においては、坑道掘削時に生じる掘削損傷領域(Excavation Damaged Zone、以下EDZ)が主たる放射性核種の移行経路の一つとなる可能性が示唆されている。特に堆積岩では、坑道掘削中のみならず長期的なEDZ内外の割れ目の進展といった力学的な検討は、地層処分の安全評価上重要な情報となる坑道周辺の水理的な変化を捉えるという点においても重要であり、それを長期モニタリング可能な計測ツールの開発が待たれていた。本共同研究では、新第三紀堆積岩中に建設された幌延深地層研究所東立坑の深度370m付近の3本のボーリング孔内の合計9箇所に大林組が製作したモニタリングツールを設置した。モニタリングツールは、1箇所に岩盤の力学挙動計測用の「光式AEセンサー」、地下水挙動計測用の「光式間隙水圧センサーと光式温度センサー」が1式で構成されており、立坑対象深部の掘削中および掘削後におけるAE信号波形他各種計測データを取得・分析し、岩盤の破壊に起因するAE信号波形を選別することを目的に製作された。AE信号波形をはじめとした各種計測データを分析した結果、東立坑深部掘削および掘削後に周辺岩盤に発生もしくは進展したき裂などの短期/長期的なEDZに関する情報を把握することができた。今後、これらの分析データに基づいて解析評価を行うことにより、幌延深地層研究所深部の堆積岩におけるEDZの長期的な安定性評価に資する検討を行うことができると考えられる。

大深度地下掘削時のAE計測における波形分析手法に関する研究

丹生屋 純夫*; 畑 浩二*; 鵜山 雅夫*; 青柳 和平; 若杉 圭一郎

第45回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.226 - 231, 2018/01

日本原子力研究開発機構と大林組は、幌延深地層研究センターの深度350m以深を対象に、長期耐久性を期待して設置した光ファイバー式センサで、立坑周辺岩盤の水理・力学的な挙動として、AE(アコースティック・エミッション: Acoustic Emission)、間隙水圧及び温度を長期的に計測している。当該計測データを共振特性を用いて整理した結果、5種類の波形パターンから岩盤AEをさらに精度良く弁別することが課題となっていた。そこで、岩盤AEとそれ以外のAEと言うカテゴリーで弁別することを主眼に「スペクトルピークの半値幅」という定量的な弁別条件を適用し、岩盤AEの抽出精度向上を試みた。その結果、判別が不明瞭な波形特性を呈した岩盤AEも適切に抽出することが可能となった。

光計測を用いた幌延深地層研究センターの立坑周辺岩盤における長期挙動評価

畑 浩二*; 丹生屋 純夫*; 青柳 和平

第14回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(インターネット), 6 Pages, 2017/01

北海道幌延町に位置する日本原子力研究開発機構の幌延深地層研究センターでは、高レベル放射性廃棄物地層処分技術の信頼性向上に係わる種々な研究を実施している。その内、空洞周辺岩盤の長期挙動モデルを開発するため、深度350m以深の立坑を対象に掘削前から掘削完了後の維持管理期間にわたって力学的・水理学的挙動に着目し、光式のAEセンサ・間隙水圧センサ・温度センサを用いて長期計測を継続中である。計測結果から、掘削時には立坑壁面に近いほどAE、間隙水圧および温度の変化は大きく、壁面1.5m程度までを掘削損傷領域と評価した。一方、掘削後の維持管理段階では、力学的な損傷領域の広がりは認められないが、立坑近辺では不飽和領域が広がることが認められた。

マルチ光計測プローブを用いた幌延深地層研究センターの立坑掘削損傷評価

畑 浩二*; 丹生屋 純夫*; 青柳 和平; 藤田 朝雄

第44回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.319 - 324, 2016/01

日本原子力研究開発機構の幌延深地層研究センターにおいて、深度350m以深の立坑掘削時から掘削後の維持管理段階で掘削影響評価のための長期モニタリングを実施中である。計測ツールには、光式AEセンサ,光式間隙水圧センサおよび光式温度センサを1本のボーリング孔内に設置可能なマルチ光計測プローブを開発し利用した。AE,間隙水圧および温度を測定した結果、立坑壁面に近いほど変化は大きく、掘削の影響が明らかになった。また、AE震源位置標定解析結果から、立坑壁面1.5m未満までが掘削影響領域と評価した。

瑞浪超深地層研究所における工学技術に関する検討; 平成24年度(委託研究)

深谷 正明*; 納多 勝*; 畑 浩二*; 竹田 宣典*; 秋好 賢治*; 石関 嘉一*; 金田 勉*; 佐藤 伸*; 柴田 千穂子*; 上田 正*; et al.

JAEA-Technology 2014-019, 495 Pages, 2014/08

JAEA-Technology-2014-019.pdf:82.23MB

超深地層研究所計画では、「研究坑道の設計・施工計画技術の開発」、「研究坑道の建設技術の開発」、「研究坑道の施工対策技術の開発」、「安全性を確保する技術の開発」を目的として、工学技術に関する研究を進めている。本研究では、これら4項目の工学技術研究として、深度500mまでの研究坑道の施工によって取得された計測データを用いて、設計の妥当性の検討や施工管理のための計測結果の分析と課題の抽出、パイロットボーリングから得られた情報の有効性に関する評価を行うとともに、研究坑道掘削工事で適用される技術の抽出と有効性評価を実施し、今後の技術開発の方向性について検討を加えた。

結晶質岩中の立坑掘削を対象とした脆弱部における空洞及び周辺岩盤の力学的挙動に関する検討

橋詰 茂; 松井 裕哉; 堀内 泰治; 畑 浩二*; 秋好 賢治*; 佐藤 伸*; 柴田 千穂子*; 丹生屋 純夫*; 納多 勝*

第13回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.121 - 126, 2013/01

瑞浪超深地層研究所は、結晶質岩(土岐花崗岩)を研究対象とした深地層の研究施設であり、地層処分研究開発の基盤である深地層の科学的研究の一環として、深地層における工学技術に関する研究開発を目的のひとつとして実施している。現在は、研究坑道掘削と並行し、結晶質岩を対象とした設計・施工計画技術,建設技術,施工対策技術及び安全を確保する技術の有効性を確認するための調査研究を進めている。本報告では、同研究所の立坑掘削により、地表から深度500m地点まで掘削断面を縦断するようなほぼ垂直傾斜の断層が分布する地質条件下で生じた立坑覆工の応力変化や岩盤内変位を分析し得られた、大深度の脆弱な岩盤中の空洞及び周辺岩盤の力学的安定性に関する知見を述べる。

長期岩盤挙動評価技術への適応性検討,2; コンプライアンス可変型モデルのパラメータ設定方法と岩盤挙動評価への適応性検討

佐藤 伸*; 納多 勝*; 丹生屋 純夫*; 畑 浩二*; 松井 裕哉; 見掛 信一郎

第41回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.208 - 213, 2012/01

岩盤の長期挙動の一つとしてクリープ現象があり、それを表現するモデルの一つとしてコンプライアンス可変型モデルがある。これまでの多くの岩盤クリープに関する検討は、対象とする岩質に対して一軸圧縮試験等からモデルパラメータを取得し、それを用いた2次元の解析を実施してモデルとパラメータ値の検証がなされているものが多い。そこで、本検討では主立坑建設時に実施されたパイロットボーリングの岩石コアを用いて各地質区分における一軸圧縮試験からモデルパラメータの設定を行った。さらに、同定されたパラメータを用いて3次元の掘削解析を実施して、実測値との比較を行った。検討の結果、おおむね実測値を再現できパラメータの同定方法並びに解析手法の妥当性を確認した。

Measurements and Monte Carlo calculations of neutron production cross-sections at 180 for the 140 MeV proton incident reactions on carbon, iron, and gold

岩元 洋介; 佐藤 大樹; 萩原 雅之*; 八島 浩*; 中根 佳弘; 民井 淳*; 岩瀬 広*; 遠藤 章; 中島 宏; 坂本 幸夫; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 620(2-3), p.484 - 489, 2010/08

https://doi.org/10.1016/j.nima.2010.03.101

中性子放出強度に関する180度方向のエネルギースペクトルは、角度依存性を示すデータのベースラインとなっており、中性子生成反応機構解明で重要なデータとなっている。そこで、陽子入射による炭素,鉄及び金ターゲットの180度方向の中性子生成収率測定を大阪大学核物理研究センターRCNPで行った。測定データをPHITSコードに組み込まれている物理モデル(Bertini, ISOBAR, JQMD)と比較したところ、中重核である鉄及び金に関しては、ISOBARとJQMDによる計算結果はおおむね実験結果を再現し、特に金に関しては一致が良かった。一方炭素に関しては軽核で核構造の影響が大きく、現状の物理モデルではそれを再現できないためすべての計算結果で一致は良くなく、物理モデルの改良が必要であることがわかった。

応力集中による破壊現象のモデル化に関する研究(その1)

鳥井原 誠*; 丸山 誠*; 畑 浩二*; 鈴木 健一郎*

JNC TJ7400 2002-009, 205 Pages, 2002/02

JNC-TJ7400-2002-009.pdf:21.43MB

結晶質岩の脆性破壊現象を解明し、そのメカニズムをモデル化することは掘削損傷領域の物性評価において重要となる。この研究では、花崗岩を対象として、その強度・変形特性とクラックテンソルにより評価した岩石中のクラックの構造特性、初期クラックによる構造と一軸および三軸圧縮試験において破壊に伴って発生・進展した微小クラックの構造の比較から、以下の知見を得た。(1)弾性波速度および静弾性係数の異方性が、初期のマイクロクラックの異方的配列に起因することを確かめ、クラックテンソルは弾性波速度データを用いた逆解析により推定できることを示した。(2)弾性波速度の振幅値は、体積ひずみの変化に対応して、減衰することが確かめられた。(3)応力履歴を受けた大型供試体の比抵抗計測により、地下深部の地下水で満たされている岩盤の場合、比抵抗探査が亀裂などの空隙構造を推定する方法として有効であることが示唆された。(4)初期のマイクロクラックがダイラタンシーや破壊面の異方性に決定的な影響を及ぼしているが、破壊時にはクラック密度F0は臨界値を持つことから、この臨界値を破壊基準とすることが提案された。