Model development of coupled THMC processes for a geological repository at higher temperature region

田窪 勇作*; 高山 裕介; Idiart, A.*; 田中 達也*; 石田 圭輔*; 藤崎 淳*

Proceedings of 2022 International High Level Radioactive Waste Management Conference (IHLRWM 2022) (Internet), p.906 - 915, 2022/11

地層処分場の設計では、ベントナイト中のモンモリロナイトの熱変質による安全機能の低下を防止するため、ベントナイトが使用される緩衝材や埋め戻し材の温度を100度以下に抑えることが一般的な設計要件となっており、これまでの設計検討では、熱伝導解析を用いて緩衝材温度が100度未満となることが確認されてきた。しかし、ベントナイトの状態の不確実性や人工バリア材料間の隙間などの施工上の不確実性などといった緩衝材温度を上昇させる可能性がある要因については考慮できておらず、評価をより現実的にするにはこれら不確実性の影響を考慮する必要がある。そこで本研究では、より現実的かつ100度以上の温度環境も含めた緩衝材の状態評価を行うための解析モデルの開発を開始した。また本研究では、処分場環境の不均一性に起因した緩衝材の状態変遷の不確実性も含めた予測評価を行うことを目指している。本稿では、100度以上の高温域も含めたTHMC連成解析モデルの段階的開発プロセスの概要を紹介するとともに、緩衝材の状態変遷の不確実性を定量化するために実施したTH連成現象を支配するパラメータの調査及びそのパラメータの不確実性を考慮した既存のTH連成解析技術の適用性の確認の試行結果について報告する。

DECOVALEX-2019 Task D; INBEB Final Report

Gens, A.*; Alcoverro, J.*; Blaheta, R.*; Hasal, M.*; Michalec, Z.*; 高山 裕介; Lee, C.*; Lee, J.*; Kim, G. Y.*; Kuo, C.-W.*; et al.

LBNL-2001267 (Internet), 210 Pages, 2020/10

放射性廃棄物を地層処分した際に、廃棄体やその周囲で起こる熱-水理-力学-化学が連成する現象を表現する連成モデルの開発と確証を目的に、国際共同研究「DECOVALEX 2019 (DEvelopment of COupled models and their VALidation against EXperiments 2019)」が2016年4月から2019年12月までの期間で実施された。DECOVALEX-2019のタスクDは、スイスのモン・テリ岩盤研究所およびグリムゼル試験サイトで実施されている原位置試験(それぞれ、EB試験およびFEBEX試験)を対象とした解析課題であり、廃棄体定置後のベントナイト材料からなる緩衝材等の人工バリア及び岩盤を対象に緩衝材が不飽和から飽和に至る状態までの熱-水理-力学連成現象のモデル化に関する検討が行われた。タスクDの参加チームは、IGN(チェコ), KAERI(韓国), NCU/TP(台湾), JAEA(日本)の4チームである。本報告書は、DECOVALEX-2019プロジェクトのタスクDの最終レポートであり、得られた成果や課題等について取りまとめたものである。

Coupled THMC analysis for predicting hydro-mechanical evolution in siliceous mudstone

緒方 奨*; 安原 英明*; 青柳 和平; 岸田 潔*

Proceedings of 53rd US Rock Mechanics/Geomechanics Symposium (USB Flash Drive), 6 Pages, 2019/06

We developed a coupled THMC model that can describe the long-term evolution in hydraulic and mechanical properties of the rock masses such as permeability and stiffness due to geochemical reactions within rock fractures induced by cavity excavation. Using the developed model, long-term prediction analysis by assuming the subsurface environments near the radioactive waste repository was conducted. Prediction results show that although many fractures are generated near the disposal cavity, which induces the permeability increase and the elastic modulus decrease in the cracked zone during the excavation, after the excavation the permeability and the elastic modulus of the damaged zone decreased to that of the intact zone and increased to 30% of the initial permeability, respectively. This evolution in rock permeability and stiffness after excavation was caused by pressure solution at contacting asperities within fractures. Therefore, it is concluded that pressure solution within the fractures has significant impact on the damage of rock masses in EDZ area by cavity excavation.

幌延深地層研究計画における人工バリア性能確認試験; 計測データ集(平成27年度)

中山 雅; 大野 宏和; 中山 真理子*; 小林 正人*

JAEA-Data/Code 2016-005, 55 Pages, 2016/07

JAEA-Data-Code-2016-005.pdf:11.32MB
JAEA-Data-Code-2016-005-appendix(CD-ROM).zip:32.68MB

幌延深地層研究計画において、平成26年度からは第3段階の調査研究として、人工バリア性能確認試験を地下施設の深度350m調査坑道において実施している。当該試験は、幌延の地質環境を事例に、処分孔竪置き方式を対象として実規模の人工バリアを設置し、実環境下において人工バリア定置後の再冠水までの過渡期の現象を評価する事を目的としている。具体的には、(1)第2次取りまとめで示した処分概念が実際の地下で構築できることの実証、(2)人工バリアや埋め戻し材の設計手法の適用性確認、(3)熱-水-応力-化学連成挙動に関わる検証データの取得、である。本データ集は、(3)の検証データについて取りまとめたものであり、各種計測データの散逸防止を目的としている。また、計測データの中には、原子力環境整備促進・資金管理センターとの共同研究において設置した、地中無線モニタリング装置によって取得されたものも含まれる。なお、地中無線モニタリング装置は、経済産業省資源エネルギー庁の委託事業である「地層処分技術調査等事業 処分システム工学確証技術開発」において開発された。本データ集でのデータ収録期間は、平成26年12月から平成28年3月までである。

熱-水-応力-化学連成挙動研究の現状と今後の計画

伊藤 彰; 川上 進; 油井 三和

JNC TN8400 2001-028, 38 Pages, 2002/01

JNC-TN8400-2001-028.pdf:2.35MB

高レベル放射性廃棄物地層処分における処分場閉鎖後のニアフィールドの挙動は、廃棄体からの放熱、地下処分施設の再冠水、緩衝材の膨潤および変質など、熱的、水理学的、力学的、化学的なプロセスの複合現象として取り扱う必要がある。本研究は、地層処分システムにおいて想定される熱-水-応力-化学(THMC)連成挙動の予測を行うための現象理解に基づく数値解析システムを構築し、様々な地質環境条件に対するニアフィールドの熱、水、応力、化学場の長期的変遷を数値実験により予測することを目的とするものである。THMC連成解析コードの開発にあたっては、1.開発期間が複数年となること、2.既存ツールを用いた連成解析コードを構築し、数値解析の実現可能性を確かめる必要があることから、開発ステップを3段階に設定し、平成13年度に開発をスタートしている。本報告は、このTHMC連成解析コード開発計画のうち、1)開発ステップ1のTHMC連成解析コード開発、2)ベントナイト中の物質移行経路、3)THMC連成解析コードの並列化に関する検討結果を取りまとめたものである。

Decimeter-scale laboratory studies of thermal, mechanical, hydrological and chemical processes in near-field systems of generic geological waste repositories

Hu, Q. H.*; Zhang, T.*; Shen, Y. Q.*; 舘 幸男; 深津 勇太; Borglin, S.*; Chang, C.*; Hampton, J.*

no journal, , 

In a deep geological repository of high-level nuclear wastes, the near-field systems consist of waste packages, buffer materials, and natural barrier systems. It is expected that the initial thermal loading after waste emplacement will last several hundred years. It is important to investigate the effects of this thermal loading on the near-field components under in situ stress conditions, in terms of thermal-hydrological-mechanical-chemical (THMC) processes and subsequent radionuclide retention and migration. Preliminary tests have been performed via integrated combinations of buffer materials and host rocks, at nm-dm scales, subjected to a range of elevated temperatures under true-triaxial conditions, which is complemented by a suite of nano-petrophysical characterization approaches such as small-angle neutron/X-ray scattering techniques to quantify total pore space and sample size-dependent effective porosity. For multiple-approach radionuclide retention and migration tests before- and after-THMC experiments, a complementary range of tests will include batch, column, and gas diffusion for granular samples, as well as gas/liquid diffusion and fractured core transport tests for intact rock samples under different temperature and pressure conditions.