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幌延深地層研究センターの350m調査坑道における掘削損傷領域の破壊様式の検討

Field observations and failure analysis of an excavation damaged zone in the Horonobe Underground Research Laboratory

青柳 和平; 石井 英一; 石田 毅*

Aoyagi, Kazuhei; Ishii, Eiichi; Ishida, Tsuyoshi*

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、処分坑道や立坑、斜坑といったアクセス坑道の掘削による応力再配分の影響により、坑道壁面周辺岩盤の水理・力学特性が顕著に変化する領域が生じる。このような領域を掘削損傷領域(Excavation Damaged Zone, EDZ)と呼ぶ。EDZは廃棄体定置後の核種移行経路の一つになると想定されていることから、詳細な性状の把握が求められる。そこで、幌延深地層研究センターを対象として、ボアホール・テレビューア(borehole tereviewer, BTV)観察,コア観察および定期的な透水試験を実施して、EDZの水理・力学特性について検討した。その結果、壁面から0.2から1.0mの範囲まで、坑道掘削に起因して生じた引張割れ目が発達していたことから、EDZは坑道から0.2から1.0mの範囲まで発生したと推定される。これは、破壊様式を考慮した三次元有限要素解析にも整合的であった。坑道掘削直後の坑道周辺岩盤の透水試験の結果から、引張割れ目が発達した領域における透水係数は、その外側領域と比較して3から5オーダー高いものであることがわかった。しかし、その後の2年間は、坑道周辺岩盤の透水係数に顕著な変化は見られなかった。これらのことから、透水性の高いEDZは、坑道掘削により短期的に形成されたものと推定された。

In the construction of a deep underground facility, the hydromechanical properties of the rock mass around an underground opening are changed significantly due to stress redistribution. This zone is called an excavation damaged zone (EDZ). In high-level radioactive waste disposal, EDZs can provide a shortcut for the escape of radionuclides to the surface environment. Therefore, it is important to develop a method for predicting the detailed characteristics of EDZs. For prediction of the EDZ in the Horonobe Underground Research Laboratory of Japan, we conducted borehole televiewer surveys, rock core analyses, and repeated hydraulic conductivity measurements. We observed that niche excavation resulted in the formation of extension fractures within 0.2 to 1.0 m into the niche wall, i.e., the extent of the EDZ is within 0.2 to 1.0 m into the niche wall. These results are largely consistent with the results of a finite element analysis implemented with the failure criteria considering failure mode. The hydraulic conductivity in the EDZ was increased by 3 to 5 orders of magnitude compared with the outer zone. The hydraulic conductivity in and around the EDZ has not changed significantly in the two years following excavation of the niche. These results show that short-term unloading due to excavation of the niche created a highly permeable EDZ.

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