Visualization and quantitative evaluation of aperture distribution, fluid flow and tracer transport in a variable aperture fracture

単一亀裂内流れの可視化及び開口幅,濃度,流速ベクトル分布の定量可視化計測

Xiao, J.; 佐藤 久*; 澤田 淳 ; 武部 篤治*

Xiao, J.; Sato, Hisashi*; Sawada, Atsushi; Takebe, Atsuji*

高レベル放射性廃棄物の地層処分の安全評価においては、地下深部の岩盤における水理及び物質移行特性を把握することが重要である。地下深部の岩盤では、亀裂などの不連続面が支配的な移行経路になる可能性があることから、岩盤内亀裂の幾何学的特性や水理・物質移行特性をより詳細に把握したうえで評価する必要がある。本研究では、単一亀裂モデルの信頼性向上に資するため、LED面光源を用いた画像可視化計測技術を開発し、単一岩体亀裂を模擬した透明試験体を用いた透水・トレーサー試験へ適用した。また、粒子画像流速測定法(Particle Image Velocimetry)を用いて、亀裂内の流速分布の推定を行った。その亀裂内の水理・物質移動の過程を直接観察することにより、亀裂内開口幅分布,亀裂内濃度分布変化や流れ速度ベクトル分布等の情報を収集し、それを画像分析することで、水理・物質移行挙動の詳細な検討を行った。以上のことから、LED面光源を用いた画像可視化計測技術と粒子画像流速測定法を組合せた手法が亀裂内の水理・物質移行の把握において有効であることを確認した。

The heterogeneous void geometries (aperture distribution) in a single fracture have a strong influence on fluid flow process and the solute transport. In order to understand and to predict flow and transport phenomenon through fracture, this paper describes newly developed method for the simultaneous evaluations of fracture aperture, concentration distribution of tracers and fluid velocity in a fracture by means of Light-emitting diode (LED) transmission measurement and Particle Image Velocity (PIV) combine system. It was utilized to accomplish the visualization of flow and solute transport, and to evaluate quantitatively the effect of fracture aperture correlation on temporal flow and transport process through fracture.