ニアフィールドの耐震安定性評価

Evaluation of seismic stability of near field

谷口 航 ; 高治 一彦; 杉野 弘幸; 森 康二*

Taniguchi, Wataru; Takachi, Kazuhiko; Sugino, Hiroyuki; Mori, Koji*

わが国の高レベル放射性廃棄物の地層処分では、人工バリアにおける緩衝材として、粘土の一種であるベントナイトあるいはケイ砂混合ベントナイトを圧縮したものを用いることを検討している。この緩衝材は、長期にわたり力学的に安定で、廃棄体を所定の位置に支持し、かつ放射性物質の移行特性上有意な影響を与えないことが要求されている。力学的安定性に影響を及ぼす要因として、わが国のように地震の多い地質環境条件下における地層処分では、地震による繰返し荷重が考えられる。本報告では、地層処分システムにおける人工バリアの力学的耐震安定性を、主に緩衝材の力学的安定性に着目して、振動方程式に基づく動的解析により評価した。解析に用いたコードは、科学技術庁・防災科学技術研究所との共同研究の一環として、核燃料サイクル開発機構が開発したものである。解析では、仮想の地盤における地下深部での地震動を作成し、入力荷重とした。また、緩衝材の力学的非線形性を考慮するとともに、緩衝材の破壊、廃棄体の移動および人工バリアの動的挙動の把握を目的にした全応力(1相系)解析、および緩衝材の間隙水圧の上昇に着目した有効応力(2相系)解析の双方で行った。解析の結果得られた知見は以下の通りである。(1)全応力(1相系)解析では、緩衝材が地震によりせん断破壊することなく、廃棄体が有意に移動することもないことが分かった。また、人工バリアが地震に対して、周辺岩盤と剛体となって振動挙動するためには、緩衝材-岩盤間の接合面の取り扱いが重要であることが分かった。(2)有効応力解析では、緩衝材中の間隙水圧の上昇は認められなかった。したがって、地震により緩衝材のオーバーパック支持力が損なわれることはないことが分かった。

For the buffer material of geological disposal of high-level radioactive waste (HLW) in Japan, it is considered to use a compacted bentonite or a compacted sand-mixture bentonite that is one kind of clay. The buffer material is expected to maintain long-term mechanical stability, to hold the waste in designated place, and to avoid the effects on the radionuclides migration. It is considered that the cyclic load due to seismic activities affects long-term mechanical stability in Japan, where many earthquakes have been occurring. In this report, aseismic mechanical stability of engineered barrier of HLW is studied by dynamic analysis based on equation of vibration, mainly in the view point of mechanical stability of the buffer. The analytical computer code that has been developed by JNC in cooperative project with National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention Science and Technology Agency is used in this study. Seismic wave at the disposal depth in the assumed geological environment is established by multiple reflection theory analysis, and then seismic wave at the disposal depth is used for the aseismic mechanical stability analysis. For the aseismic mechanical stability, total stress analyses (single-phase system) with the target field of near field are conducted to evaluate the shear failure of the buffer, the displacement of overpack, and vibrational behavior of the engineered barrier, and then effective stress analyses (two-phase system) with the target field of the engineered barrier are conducted to evaluate excursion in the pore water pressure within the buffer (i. e. liquefaction), concerning the non-linear dynamic properties of the buffer material. From the results, the following conclusions are obtained. (1)From the results of the total stress analyses, it is confirmed that the buffer must not reach a shear failure condition from the stresses caused by an earthquake and the overpack must not move significantly due to the ...