A Method for estimating the highest potential hydraulic conductivity in the excavation damaged zone in mudstone

泥岩を対象とした掘削損傷領域の潜在的な最大透水性の予測手法の開発

青柳 和平  ; 石井 英一   

Aoyagi, Kazuhei; Ishii, Eiichi

坑道掘削時には、応力再配分に伴い、割れ目が周辺に発生し、周辺岩盤の透水性が増大する。このような領域は、掘削損傷領域(EDZ)と呼ばれている。高レベル放射性廃棄物の地層処分においては、EDZが地下施設周辺の放射性核種の移行経路になりうる。そのため、本研究では、幌延深地層研究センターの坑道を対象としてEDZの潜在的な最大透水係数を予測する手法について検討した。原位置試験として、BTV観察、コア観察、透水試験を実施し、EDZの幅と透水係数を予想した。結果として、観測されたEDZの幅は、連成解析により求められたEDZの幅にほぼ一致する結果であった。また、平均有効応力を岩盤の引張応力で除したパラメータである、Mean stress index (MSIモデル)に基づく潜在的な最大透水係数の予測範囲は、原位置試験で求められた透水係数を内包するものであった。幌延深地層研究センターの地下施設のように、岩盤が均質であり、発破損傷等の人工的な損傷が無視しうる環境では、EDZの潜在的な最大透水係数を予測するうえでMSIモデルが適用可能であることが示された。

Excavation of deep underground openings induces permeable fractures around the opening due to stress redistribution. Such a zone is called excavation damaged zone (EDZ). In a high-level radioactive waste disposal project, the EDZ might provide pathways for the migration of radionuclides around the facility. Thus, this study focused on the development of a method for estimating the highest potential hydraulic conductivity in the EDZ around a gallery in the Horonobe Underground Research Laboratory, Japan. Borehole televiewer surveys, rock core observations, and hydraulic tests were undertaken to investigate the extent and magnitude of hydraulic conductivity in the EDZ around the gallery. The observed extent of the EDZ shows good agreement with the EDZ estimated from hydro-mechanical coupling analysis. The measured hydraulic conductivities of the EDZ are within the range of those based on the Mean Stress Index (MSI), which is defined as the ratio of the effective mean stress derived from numerical analyses to the tensile strength of intact rock. Given that the rock mass is relatively homogeneous and artificial damage (e.g., blasting-induced damage) can be neglected, as in the Horonobe Underground Research Laboratory, the MSI model is likely to be applicable in estimating the highest potential hydraulic conductivity in the EDZ.