緩衝材の静的力学特性

Static mechanical properties of buffer material

高治 一彦; 鈴木 英明*

Takachi, Kazuhiko; Suzuki, Hideaki*

緩衝材には、止水性、自己シール性、核種収着性、熱伝導性、化学的緩衝性、オーバーパック支持性、応力緩衝性等が長期にわたり維持されることが期待されている。これらの機能を比較的満足し得る材料として、天然に産する粘土が注目され、中でも圧縮されたベントナイトは、非常に低い透水性による水の動きの抑制、水の浸潤に伴い膨張し圧縮ベントナイト中の間隙や隣接する岩盤中の割れ目への充填、陽イオン核種を収着する陽イオン交換能を有している等の点で優れており、緩衝材として最も有力であると考えられている。サイクル機構では地層処分研究の一環として、人工バリア技術開発および安全評価の基礎データとするために緩衝材の特性に関する研究を進めている。本報告書は、緩衝材としての圧縮ベントナイトの力学特性の把握を目的として、圧裂試験、一軸圧縮試験、一次元圧密試験、圧密非排水三軸試験、圧密非排水三軸クリープ試験についての手順、試験条件、結果および考察について、これまで取得されていなかった物性や、既報を補完するための追加試験等に関してまとめたものである。圧裂試験結果よりケイ砂混合率、乾燥密度と引張強度の関係等、一軸圧縮試験結果より含水比、乾燥密度と一軸圧縮強度、弾性係数の関係等、一次元圧密試験結果より圧密応力と間隙比の関係等、圧密非排水三軸試験結果より有効拘束圧毎の応力経路等、圧密非排水三軸クリープ試験より、載荷応力毎のひずみ速度の経時変化等を把握することができた。

The buffer material is expected to maintain its low water permeability, self-sealing properties, radionuclides adsorption and retardation properties, thermal conductivity, chemical buffering properties, overpack supporting properties, stress buffering properties, etc. over a long period of time. Natural clay is mentioned as a material that can relatively satisfy above. Among the kinds of natural clay, bentonite when compacted is superior because (1)it has exceptionally low water permeability and properties to control the movement of water in buffer, (2)it fills void spaces in the buffer and fractures in the host rock as it swells upon water uptake, (3)it has the ability to exchange cations and to adsorb cationic radioelements. In order to confirm these functions for the purpose of safety assessment, it is necessary to evaluate buffer properties through laboratory tests and engineering-scale tests, and to make assessments based on the ranges in the data obtained. This report describes the procedures, test conditions, results and examinations on the buffer material of unconfined compression tests, one-dimensional consolidation tests, consolidated-undrained triaxial compression tests and consolidated-undrained triaxial creep tests that aim at getting hold of static mechanical properties. We can get hold of the relationship between the dry density and tensile stress etc. by Brazillian tests, between the dry density and unconfined compressive strength etc. by unconfined compression tests, between the consolidation stress and void ratio etc. by one-dimensional consolidation tests, the stress pass of each effective confining pressure etc. by consolidated-undrained triaxial compression tests and the axial strain rate with time of each axial stress etc. by consolidated-undrained triaxial creep tests.