Evaluation of temporal changes in fracture transmissivity in an excavation damaged zone after backfilling a gallery excavated in mudstone

青柳 和平; 石井 英一

Environmental Earth Sciences, 83(3), p.98_1 - 98_15, 2024/02

https://doi.org/10.1007/s12665-023-11416-x

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、坑道掘削損傷領域の透水性の経時変化の予測が、掘削損傷領域内部の割れ目を介した放射性核種の移行特性の評価の信頼性向上において重要となる。特に人工バリア定置後の緩衝材の膨潤圧発生に伴う割れ目の透水性の変化を検討することを目的として、幌延深地層研究センターにおいて実施している実規模の人工バリア性能確認試験領域付近で4年間透水試験を実施した。試験の結果、透水性は時間とともに低下し、膨潤から4年経過した時点で、試験開始時よりも透水性が41%に低下することが確認された。さらに、Barton-Bandisのモデルを適用することにより、膨潤圧の変化に伴う透水性の低下挙動を定量的に再現することができた。割れ目の閉塞の妥当性については、人工バリア性能確認試験実施領域で実施した弾性波トモグラフィ調査において、特に底盤部分の弾性波速度の増大が見られたことから確認することができた。これらの結果から、人工バリアの膨潤に伴う掘削損傷割れ目の閉塞について、実証することができた。また、地層処分事業において、廃棄体定置後の緩衝材の膨潤による掘削損傷割れ目の透水性の事前予測に際してBarton-Bandisモデルの適用可能性が示された。

九州北部に分布する結晶質岩内の割れ目の特徴と形成過程について

村上 裕晃; 芦澤 政臣*; 田中 和広*

応用地質, 59(1), p.2 - 12, 2018/04

結晶質岩地域における地下深部の透水性割れ目の特徴および形成と発達を把握することを目的とし、九州北部に分布する花崗閃緑岩からなる岩盤中に建設した地下施設を利用した地質調査を実施した。地下坑道における新鮮な花崗閃緑岩露頭において割れ目を観察し、割れ目の分布間隔、方向、変質、充填鉱物、湧水の有無の調査を行った。割れ目の頻度、方向および充填鉱物の特徴によると、花崗閃緑岩内の割れ目はA-Dおよび低角度(LA)の5つのグループに分類される。全割れ目に高温環境で形成される緑泥石および石英が充填していることから、全ての割れ目は岩体が高温であった冷却初期に形成されたと考えられる。Bグループの割れ目は最も多く湧水が認められ、現在の透水性割れ目として機能している。さらにBグループの割れ目の充填鉱物の組み合わせと産状から考察した結果、Bグループの割れ目は開口と閉塞が交互に生じたと示唆された。また、Bグループの割れ目は熱水の影響を示唆する赤色変質部を多く伴い、トレース長が長く、他のグループの割れ目を切る傾向があることから、割れ目の形成初期から現在までの長期にかけて重要な透水性割れ目として機能していたと考えられる。

幌延深地層研究センターにおける人工バリア性能確認試験孔周辺の岩盤損傷の検討

青柳 和平; 石井 英一; 中山 雅; 藤田 朝雄

日本材料学会第65期通常総会・学術講演会論文集(USB Flash Drive), p.19 - 20, 2016/05

日本原子力研究開発機構は、堆積軟岩を対象とする幌延深地層研究センターの深度350m調査坑道において、高レベル放射性廃棄物の地層処分に関して、処分技術の信頼性の向上を目的として、人工バリア性能確認試験を実施している。本試験では、試験坑道の底盤下に掘削した直径2.4m、高さ4.2mの試験孔に、ヒーターを挿入した模擬オーバーパックと緩衝材ブロックを設置し、さらに坑道全体を埋め戻したときの、人工バリアおよび周辺岩盤の熱-水-力学-化学連成挙動に係るデータを取得している。本件では、試験孔周辺で実施したBTV観察、透水試験等の原位置試験結果を基に、試験孔周辺岩盤の水理・力学特性の変化について検討した。結果として、試験孔から少なくとも12mの範囲で、試験孔の掘削により形成されたとみられる割れ目が発達しており、さらに透水係数も、割れ目のない部分と比較して4オーダー程度増大することを確認した。

ベントナイトの長期安定性の検討-セメント系材料の影響を受けた地下水中のベントナイト安定性の予備調査-

市毛 悟*; 三原 守弘; 大井 貴夫

JNC TN8430 2001-007, 56 Pages, 2002/01

JNC-TN8430-2001-007.pdf:13.13MB

放射性廃棄物の地層処分では、廃棄物への地下水の浸入と廃棄物からの核種の溶出及び移行を抑制するため、低透水性で収着能を有したベントナイトと呼ばれる粘土の使用が検討されている。一方、処分施設の構造材や埋め戻し材等として、セメント系材料の使用が検討されている。セメント系材料と接触した地下水はアルカリ性を示し、膨潤特性の劣化などベントナイトの性能に影響を与えることが予想されている。そのため、処分システムの安全評価を行うためには、処分環境におけるベントナイトの変質について検討するとともに、ベントナイトの長期的な変遷挙動を予測することが重要となる。本研究では、ベントナイトの変質の結果生じる鉱物を確認することを目的として、3種類の試験溶液(Ph=7,12.5,14)と粉末ベントナイトを用いた高温条件(200)でのバッチ浸漬試験を実施し、セメント系材料の影響として報告されている層間陽イオン交換、ゼオライト化、バイデライト化、シリカセメンテーション及びC-S-Hゲル化の生成について検討した。試験の結果、液相中のNaイオン濃度の増加とCaイオン濃度の減少からベントナイトのカルシウム化の可能性を確認するとともに、浸出陽イオン量を用いた概略的な解析からCa化を定量化した。また、液相分析の結果及び平衡論を用いたアナルサイムの安定性解析の結果から、アナルサイムの生成にはケイ素の溶出にかかわる溶液のPhに加え、溶液中のナトリウム濃度が影響を与えている可能性を具体的に示した。 今後はこれらの要素試験的な結果を踏まえ、処分環境下での長期的なベントナイトの変質挙動について検討していく。

LABROCK用透水性キャリブレーション岩体の採取

内田 雅大; 吉野 尚人

JNC TN8410 2001-016, 36 Pages, 2001/05

JNC-TN8410-2001-016.pdf:1.53MB

本技術報告は、東海事業所地層処分基盤研究施設に設置してある亀裂状媒体水理試験設備(LABROCK)において、原位置と同じ垂直荷重状態とするために原位置での透水試験を行った天然岩体の採取状態についてまとめたものである。なお、本資料は、平成5年10月に動力炉・核燃料開発事業団によって取りまとめられたものである。

MACROIIによる単一孔注水・揚水型トレーサー試験データの解析

白川 敏彦*; 金澤 康夫*; 畑中 耕一郎

JNC TN8400 2001-012, 69 Pages, 2001/04

JNC-TN8400-2001-012.pdf:6.87MB

地層処分研究の天然バリア中の核種移行に係わる不均質岩盤中における巨視的分散現象を解明するために、多孔質媒体水理トレーサー試験装置(以下、「MACROII」と記す)を用いて、多孔質媒体槽内にガラスビーズを用いて不均質場を人工的に作成し、種々の条件を設定したうえで、数多くのトレーサー試験を実施してきた。今回は室内試験における分散長のスケール依存性を調べることを目的として、媒体槽を水平状態に固定し、不均質場の任意の位置に設置した単一孔を使用して注水・揚水型トレーサー試験を実施した。試験は、不均質場内に設置した注水・揚水型トレーサー試験に使用する単一孔の位置及び注入流量・注入時間を変えることによって、2地点において各々9ケース、6ケースの全15ケースを実施した。本試験で測定された揚水時の破過曲線を解析解でフィッティングし、巨視的分散長を算定した結果、15ケースのうち12ケースについて不均質場を代表する分散長を得ることができた。算定した分散長、注入・揚水流量および不均質特性の関連について検討した結果、以下の事項が判明した。・算定された分散長と単一孔周辺に広がった濃度フロントの平均半径との関係は、濃度フロントの平均半径が大きくなるにしたがって分散長がほぼ単調増加する傾向が確認できた。・トレーサーを注入・揚水する単一孔を2地点選び試験を実施したが、単一孔周辺の透水性が小さくなっている場合には分散長は大きくなり、単一孔周辺の透水性が大きくなっている場合には分散長は小さくなる傾向が確認された。・フィッティングの精度が悪く分散長が算出できなかった3ケースについては、濃度フロントに分散が著しく小さい箇所が存在する可能性があることがわかった。

チャンネルネットワークモデル近似に伴う不確実性の検討

澤田 淳; 坂本 和彦*

JNC TN8400 2001-010, 25 Pages, 2001/03

JNC-TN8400-2001-010.pdf:4.4MB

第2次とりまとめにおける天然バリア中核種移行評価は、亀裂ネットワークモデルによる不均質な移行経路を考慮した核種移行解析評価に基づき実施している。亀裂ネットワークを用いた核種移行解析については、亀裂ネットワークモデルの計算容量の制限から亀裂の連結性を考慮したチャンネルネットワークモデルに変換して用いている。しかし、亀裂ネットワークモデルからチャンネルネットワークモデルへの変換には複数のオプションがあり、第2次とりまとめのため基本ケース解析ではそのうちの特定の設定を選択している。これらのオプションが解析結果に与える影響を検討した結果、いずれのオプションもチャンネルネットワークモデルのチャンネルの連結性やその透水特性に影響を与えるものの、核種移行解析結果に与える影響は小さいことがわかった。以上のことから、チャンネルネットワークモデルへの変換過程で複数のオプションから任意に設定した基本ケースの妥当性を示すことができた。

地下水流動調査研究 -地下水流動の総合調査・解析システムの開発-

渡辺 邦夫*; 三枝 博光

JNC TY7400 2000-004, 62 Pages, 2000/05

JNC-TY7400-2000-004.pdf:1.45MB

地下水流動機構把握のための調査・解析手法の開発と精度の向上、それらの体系化を目的に、地下水流動特性評価プロセスの構築に向けた研究を実施した。本研究は、主に 1)地下水が流れる「場」の性質を的確に捉えることを目的とした研究、2)地下水流れのメカニズムを把握することを目的とした研究、3)調査計測・評価技術の開発を目的とした研究、から構成されている。1)割れ目系岩盤の地下水流動を評価するために、割れ目系のモデル化・解析手法の開発に関する研究を実施した。その結果、原位置調査から地下水流動を支配する割れ目系の規則性を抽出・把握するとともに、その調査結果に基づく、水理地質構造のモデル化手法や地下水流動解析手法を構築した。2)地下水流動解析における重要な因子の一つである不飽和特性に関する研究を実施し、逆解析法による地盤の不飽和特性の評価方法を構築した。3)難透水性岩盤における水理学的特性を評価するための蒸発量測定装置の開発に関する研究を実施し、低蒸発性岩盤(低透水性岩盤)における蒸発量測定精度を向上させるための試験方法を示した。また、広範囲な領域を対象とした水収支を把握することを目的に、地下水モニタリングシステムの構築に関する基礎的研究を実施した。その結果、広範囲な領域を対象とした水収支の把握やモニタリングデータの相互関係を評価する上で、ニューラル・ネットワークモデルによる解析手法が有効であることを示した。

弾性波トモグラフィーデータの解析作業

新沼 岩保*; 相澤 隆生*; 伊東 俊一郎*

JNC TJ7420 2000-006, 54 Pages, 2000/03

JNC-TJ7420-2000-006.pdf:16.6MB

本業務は弾性波トモグラフィ調査技術開発の一環として、サイクル機構所有のスパーカー振源を用いて取得した弾性波トモグラフィデータの解析を行ったものである。本業務の目的は、花崗岩中に存在する透水性割れ目の分布や断層の広がりを調査する手法としての弾性波トモグラフィ調査の有効性を把握することである。本報告書は、これらの業務内容についてまとめたものである。岐阜県瑞浪市明世町月吉にある核燃料サイクル開発機構東濃地科学センターの正馬様洞鉱業用地におけるMIU-1号孔及びMIU-2号孔を利用して、弾性波トモグラフィデータの取得作業が行われた。MIU-2号孔にハイドロホン型受振器を展開し、MIU-1号孔においてスパーカー振源を設置し、弾性波トモグラフィデータとして3つのデータセットが取得されている。解析では、データセットについて、P波速度層解析を行った。観測波形データからの初動読み取りは、解析精度に影響を及ぼすノイズ等の除去作業を行った後、AIC算出による自動読み取りを適用し、客観的判断基準に基づいて走時データを作成した。弾性波トモグラフィ解析は、初期モデルを作成しインバージョン計算を行い、最適モデルに収束させる方法を用いた。Annealing法による解析を行い、両者を比較検討した。また最終解析断面について検層データとの対比を行い、透水性割れ目および断層分布の連続性の検討を行った。また透水性割れ目に起因するチューブウェーブの抽出も行った。

緩衝材製作施工技術の評価

雨宮 清*; TRAN DUC PHI OAN*; 山下 亮*

JNC TJ8400 2000-056, 487 Pages, 2000/02

JNC-TJ8400-2000-056.pdf:16.24MB

高レベル放射性廃棄物地層処分研究開発の第2次とりまとめにおいて、緩衝材製作施工技術として、緩衝材の施工実績、施工方法、品質管理の関する概略評価が実施された。今後、これらの内容に対し、内容を補完する検討やデータ取得が急務となっている。本研究では、「定置後の品質評価」として、緩衝材とオーバーパックあるいは岩盤との間に生じる隙間の、ベントナイトペレットによる充填の検討を実施した。また、「実規模施工技術の評価」として、スウェーデン・エスポ島で行われている実規模緩衝材を用いた実証試験(Prototpe Repository Project)の技術検討を実施した。さらに、「施工後の緩衝材及び岩盤中の熱伝導、水の浸潤挙動、力学的安定性等の評価」として、熱-水-応力連成現象に関する国際共同研究(DECOVALEX II,III)に参加し、連成モデルの開発と評価を実施した。