An Analytical model on the sealing performance of space for the design of buffer material and backfill material

緩衝材及び埋め戻し材の設計のための隙間シーリング性能に関する解析モデル

佐藤 治夫

Sato, Haruo

緩衝材や埋め戻し材として使用されるベントナイトに対しては、含水に伴って起こる膨潤によるオーバーパックや坑道壁間との隙間充填機能が期待されている。これまでに、緩衝材や埋め戻し材仕様に対するベントナイトのシーリング特性が蒸留水や海水条件で測定されており、例えば、「第2次取りまとめ」のレファレンスケースのクニゲルV1に対する実験では、乾燥密度1.8Mg/m,隙間率10%に対して、有効粘土密度を指標とした体積膨潤量で表しており、密度1.3Mg/m以上であれば海水条件であってもシーリングされると報告されている。これらの情報は、隙間シーリングの可否を判断するうえで有用であるが、同一の有効粘土密度に対してベントナイト含有率の異なる条件が複数存在できるため、骨材混合率やベントナイトの種類が異なる場合には原理的に適用することができない。したがって、ベントナイト乾燥密度,モンモリロナイト含有率,骨材混合率及び溶液条件を考慮したうえで個別に隙間シーリングの可否を判断する必要がある。本研究では、ベントナイト中のモンモリロナイトの膨潤特性に着目し、圧縮ベントナイトの自由膨潤平衡時の体積膨潤比の実測データに基づいて、モンモリロナイト含有率の異なるベントナイトに対して、さまざまな塩濃度,乾燥密度,骨材混合率での体積膨潤比や最大充填隙間比を解析できる理論を構築した。これにより、さまざまな条件での緩衝材や埋め戻し材の隙間充填特性を解析することができる。

The self-sealing function of the clearances between buffer material and overpack and tunnel wall or disposal pit wall and between backfill material and tunnel wall is expected for bentonite which will be used as buffer material and part of the backfill material. The sealing properties of Na-bentonite have been studied for distilled water and saline water conditions, for example, it is reported that Na-bentonite seals clearance even under saline water conditions in a range of effective bentonite densities, higher than 1.3 kg/dm, for a bentonite dry density of 1.8 kg/dm and a clearance ratio of 10 % in experiments for Kunigel-V1. Although such information is useful for judging whether clearance is sealed, the filling properties of bentonite strongly depend on groundwater condition, silica sand content, montmorillonite content in the bentonite and the bentonite dry density, even though at the same effective bentonite density. In the present study, the author constructed an analytical model on the clearance filling performance for the design of buffer material and backfill material, based on the swelling properties of Na-montmorillonite which is the clay mineral constitute of Na-bentonite.