人工バリアシステム中のガスの移動に関する研究(V) -2相流モデルによる粘土系材料におけるガス影響評価結果の妥当性の検討-(研究委託内容報告書)

山本 幹彦*; 関 義孝*; 森 竜馬*

JNC TJ8400 2000-032, 153 Pages, 2000/02

JNC-TJ8400-2000-032.pdf:15.98MB

TRU廃棄物処分場内での金属の腐食等によるガス発生により、人工バリア中の核種移行の加速や、圧力上昇による人工バリアの破壊が懸念される。本研究では、処分場におけるガスの影響を評価するために、人工バリア材料の候補である粘土系材料(ケイ砂混合ベントナイト:ケイ砂混合率30wt%乾燥密度1.6Mg/m3)に対して、ガスの透過試験、ガス移行特性の定量評価を行い、拡張型気液2相流モデル(ベントナイト/砂モデルを付加した気液2相流モデル)の適用性評価を行うとともに処分システム中のガスの影響評価を実施した。ガスの透過試験を体積歪み拘束条件にて実施し、排水速度が急激に増加する点、およびその後の排水速度が低下し、ガス排出速度が急激に増加する点が確認された。また、後者に対応する計測上のブレイクスルー圧は平均有効応力がより小さい程小さくなるという傾向も確認された。ガスのブレイクスルー圧は27MPa程度で、ブレイクスルー後ほぼ定常に達した時点でのガスの透過係数は10-2110-19m2の範囲に分布すること、またブレイクスルー後も一定圧力下で排水が継続し、その後注入ガスを減少させると排水速度は低下すること等が示された。ガス透過試験結果のフィッティングによりベントナイト/砂モデル(ケイ砂混合ベントナイトのガスの透過係数を、比表面と間隙率との関係で表現したモデル)を付加した拡張型気液2相流モデルに必要なパラメータを設定し(ただし閉塞圧が推定値)、TRU廃棄物の廃棄体グループ2を定量する坑道について解析を行った。拡張後の気液2相流モデルによる解析結果は、処分場内のガス圧力は拡張前とほぼ等しいものの、処分システムからの汚染水の累積排出量については1/2倍程度となり、これまで実施してきた気液2相流モデル/パラメータでの評価の保守性が示された。