人工バリアシステム仕様設定に関する解析検討

Analytical study on specification design of artificial barrier system

石井 卓*; 栗原 雄二*; 沢内 至武*; 杉原 豊*; 島邊 賢一郎*

Ishii, Takashi*; Kurihara, Yuji*; Sawauchi, Y.*; Sugihara, Yutaka*; Shimabe, Kenichiro*

動燃事業団がとりまとめ中の平成3年報告書の作成にあたり、性能評価解析の前提となる処分システムの仕様を設定するために、熱影響解析を実施し、処分形態、処分場規模、及び、処分場レイアウトについて考察するとともに、人工バリア中の廃棄体の沈下解析、容器腐食による体積膨張に関する影響の解析を実施し、長期挙動についての考察をおこなった。ニアフィールドの熱影響解析の結果、処分坑道3m、坑道離間距離15mの場合の廃棄体埋設密度の目安として、堆積岩(処分深度は500m)の場合には廃棄体1体あたり80m/SUP2、結晶質岩(処分深度は1000m)の場合には100m/SUP2の専有面積が必要であることが判った。ファーフィールドの解析を実施するに際して、地表の境界条件について調査した結果、地盤と大気との境界条件は熱伝達率で評価することが一般的であり、その値としては1020kcal/m/SUP2/h度Cを用いているのが現状であることが判った。保守的な計算条件として無風状態に相当する熱伝達率10kcal/m/SUP2/h度Cの値を採用して解析を実施した結果、地表面の温度は初期温度の15度Cのまま変化はないという計算結果であった。なお、深度125mの地盤の温度は1000年後に約5度C上昇するという計算結果であった。廃棄体の沈下をABAQUSおよびDACSARの2種類のコードで予測解析した。2次元解析において計算された沈下量はABAQUSによれば0.92mm、DACSARによれば2.70mmであり、問題となる程の沈下量ではない。なお、2種類のコードによる計算結果の違いについて若干の考察をおこなった。オーバパックの腐食生成物の力学影響について予測解析した。オーバパックの体積が腐食によって2倍に膨張するものと仮定したときの、緩衝材による応力緩和効果を考慮して周囲の岩盤の応力について評価した。緩衝材の厚さが30cmである場合には岩盤壁面近傍には想定初期地圧(300kgf/cm/SUP2、深さ1000m)を上回る応力値が計算された。計算結果では、オーバパックの膨張に伴って緩衝材の密度がベントナイトの真比重に至るまで圧縮されることを示唆しており、緩衝材の圧縮性についての非線型性を考慮すると必ずしも応力緩和は期待できないと思われる。一方、緩衝材の厚さが100cmの場合には岩盤の応力値は30cmの場合に比べて約1/5程度であり、また緩衝材の圧縮量も問題とならないので、緩衝材はオーバーパックの腐食膨張による影響を十分に緩衝し得ると思われる。

A few analytical study were executed in order to submit predicted answer which would be referred in the PNC's "1992 report". First heat transfer analyses were done in addition to former studies. In case of sedimentary rock and the depth of GL-500m 80 marea will be needed for the layout of each waste form, and in case of crystalline rock and the depth of 1000m 100 m area will be needed. Far field heat transfer analyses were executed under conservative condition of heat transfer coefficient of ground surface is 10 kcal/m hC. The temperature of ground surface will not get higher than initial temperature. Secondly, analyses were done using "ABAQUS" and "DACSAR" in order to predict settlement of a waste form in buffer material. The predicted. The predicted settlement by ABAQUS is 0.92mm and by DACSAR is 2.70mm. These displacement will be acceptable. Additionally the influence of swelling of overpackage resulted from corrosion of steel was discussed. According to the preliminary analyses for predicting stress of rock around a waste from, 300mm thick buffer material will be not enough to relaxation of the stress but 1000mm thick buffer material will be enough. Technical meetings were held 7 times in order to discuss these analytical results and design of repositories etc.