研究坑道掘削に伴う坑道周辺岩盤の透水性変化予測解析

Hydraulic Conductivity Change Analysis of Surrounding Rock Mass in Excavating Research Drift

郷家 光男*; 多田 浩幸*; 堀田 政國*; 若林 成樹*

Goke, Mitsuo*; Tada, Hiroyuki*; Horita, Masakuni*; Wakabayashi, Naruki*

核燃料サイクル開発機構東濃地科学センターでは、地質環境の調査・解析・評価技術の基盤整備と、深地層における工学技術の基盤整備を目的として、瑞浪市において超深地層研究所計画を進めている。本業務では、モデル化手法の評価に資するために、これまでに取得された土岐花崗岩のデータに基づき、クラックテンソルモデルによる応力解析を行い、その解析で得られた応力状態を用いて仮想割れ目モデルによる透水性変化予測に関する2次元解析を行った。検討の結果、以下のような知見を得た。(1)クラックテンソルモデルによる2次元応力解析の結果、立坑および横坑とも、岩盤が堅硬なケースでは、内空変位は微小であった。ただし、断層部では、大きな変位が発生した。(2)仮想割れ目モデルによる透水性変化予測解析の結果、立坑および横坑とも、岩盤が堅硬なケースでは、掘削壁面から約1mの範囲で10倍以上の透水係数の増加を示し、最大で100倍以上に増加した。ただし、断層部では、掘削壁面から約4mの範囲で10倍以上の増加を示した。(3)横坑において、同一深度でも坑道展開方向が変化すると、割れ目の方向や初期応力の影響により、透水係数の増加領域は変化した。例えば、GL-945mの横坑の壁面では、透水係数の最大増加率は110倍から670倍まで変化した。(4)横坑の支保については、周辺岩盤が堅硬であるため、明瞭な支保効果は見られなかった。

Tono Geoscience Center (TGC), Japan Nuclear Cycle Development Institute (JNC) conducts the Mizunami Undergroud Research Laboratory (MIU) project in order to develop the comprehensive investigation techniques for the geological environment and the engineering techniques in the deep underground application. The purposes of this study were to contribute to the construction of rock mechanical modeling for MIU project. The virtual fracture model based on mechanical property on the Toki granite was applied to the 2-D hydraulic conductivity change analysis in excavating a research drift and a shaft. The crack tensor analysis model was introduced to the stress analysis before the hydraulic conductivity change analysis. The results are as follows: (1) The crack tensor stress analysis showed very small displacement on the perimeter of a shaft and a drift in intact rock mass, while large displacement appeared in fault zone. (2) More than 10 times large hydraulic conductivity from the initial one appeared in the extent of 1m from the perimeter of a drift and a shaft, in the hydraulic conductivity change analysis with the virtual fracture model for the intact rock mass. The maximum increase of hydraulic conductivity was up to 100 times from initial one. The fault zone showed more than 10 times larger hydraulic conductivity in the extent of 4m from the perimeter. (3) The extent of hydraulic conductivity change was affected by the direction of a drift due to the direction of fractures and the initial stress condition. For example, the rate of hydraulic conductivity increased from initial one changed 110 times to 670 times with the direction of a drift, at the side wall of a drift at the depth of 945m. (4) There was no clear effect to reduce the displacement by supports in the drift in intact rock mass.