地層処分場設計のための地質環境基本特性

Fundamental properties of geoenvironment for design study of repository

谷口 航 ; 長谷川 宏; 岩佐 健吾; 佐藤 稔紀  

Taniguchi, Wataru; Hasegawa, Hiroshi; Iwasa, Kengo; Sato, Toshinori

わが国における高レベル放射性廃棄物地層処分場の設計検討においては、現在のところ、サイトが未定であるため、わが国の長期的安定性を備えた幅広い地質環境を考慮に入れる必要がある。また、地層処分システムの技術的信頼性および実現可能性を明示するためには、わが国の自然環境に即した地質環境モデルの構築および地層処分システムの仕様の検討が必要となる。これら検討に当たっては、解析による設計が必要であり、その解析において入力値とする岩盤物性データ、特に空洞の力学的安定性等の力学的解析において入力物性となる岩盤静的力学物性、および温度評価解析において入力物性となる岩盤熱物性が必要不可欠である。また、耐震安定性の検討を行うための岩盤動的力学物性も必要である。本報告は、核燃料サイクル開発機構による地層処分研究開発の第2次取りまとめ「地層処分の工学技術」の検討にて用いる岩盤物性について、わが国の幅広い地質環境を考慮に入れ、その分類、設定の考え方および設定を行ったものである。岩盤物性を検討するに当たり、まず、公開文献の調査によりデータの抽出を行い、動力炉・核燃料開発事業団による「地層処分研究開発第1次取りまとめ」時に作成した岩石・岩盤物性データベースと合わせて、第2次取りまとめにおける岩石・岩盤物性データベースを作成した。次いで、岩盤の物性が工学的に同等なグループに岩種を分類し、その分類ごとに基本的な力学特性等を指標に、解析に必要な岩盤静的力学物性、および熱物性を設定した。また、静的力学物性および動的力学物性に関しては、その深度依存性についても検討を行った。本報では、以下を考慮し分類・設定を行った。(1)岩石の一軸圧縮強度や割目頻度等を指標に、硬岩系岩盤と軟岩系岩盤とに分類した。(2)岩石の一軸圧縮強度と、岩石の変形定数、強度定数および物理特性の相関を検討した。(3)岩盤の深度依存性を有する弾性波速度と岩石の弾性波速度から、岩盤良好度を設定し、岩石静的力学特性から深度依存性を有する岩盤静的力学物性を設定した。(4)深度依存性を有する岩盤の弾性波速度から、深度依存性を考慮した岩盤動的力学物性を設定した。また、動的力学物性と静的力学物性との比を検討した。(5)岩石の物理特性と熱物性の相関を検討し、静的力学特性と熱物性の関係を検討した。

To develop appropriate designs, as well as the manufacture, installation and construction technologies for the engineered barrier system and disposal facilities, it is necessary to evaluate physical properties of the rock mass that relate to mechanical stability analysis, thermal analysis, and seismic analysis (hereinafter referred to as "mechanical properties", "thermal properties", and "dynamic properties"). Since H3 Report, these physical properties have been broadly collected from the open literature, including field measurement data, as well as in-situ data obtained in the Tono area and at the Kamaishi Mine, in order to obtain more reliable data and to promote understanding of the deep geological environment for the purpose of design. These collected data have been added to databases on rock properties developed in H3. Thus, this report contains the upgraded databases on rocks, which include the features from a wide range of geological environments in Japan. In this report, rock types are classified into groups that have equivalent properties from the viewpoint of engineering, based on these databases of rocks. Then, design values of physical properties for the classified rock groups are determined by considering the correlation between each physical property. To date, the mechanical properties and thermal properties have been generally treated separately from each other. Here, the mechanical properties and thermal properties are determined by applying relationships between effective porosity and both mechanical and thermal properties. For the mechanical properties and dynamic properties, depth dependence are also taken into consideration.