A Coupled modeling simulator for near-field processes in cement engineered barrier systems for radioactive waste disposal

放射性廃棄物処分のコンクリート人工バリアシステムにおけるニアフィールドプロセスを対象とした連成モデル解析システムの開発

Benbow, S. J.*; 川間 大介*; 高瀬 博康*; 清水 浩之*; 小田 治恵  ; 平野 史生 ; 高山 裕介  ; 三原 守弘  ; 本田 明

Benbow, S. J.*; Kawama, Daisuke*; Takase, Hiroyasu*; Shimizu, Hiroyuki*; Oda, Chie; Hirano, Fumio; Takayama, Yusuke; Mihara, Morihiro; Honda, Akira

コンクリート埋め戻し材を用いたTRU廃棄物地層処分におけるニアフィールド変遷評価に向けて開発した連成モデル解析システムの詳細を報告する。本連成モデル解析システムでは、個別ソフトウェアプログラム間におけるデータ交換規格の一つであるOpenMIを用いて、坑道スケールでの有限要素法応力解析モデルMACBECE、コンクリート中でのひび割れ発生についての精緻なモデリングを可能とする個別要素法モデルDEAFRAP、及び、可変グリッドによるスケール変化とひび割れ内地下水流動を考慮してコンクリートの化学変遷プロセスを解析することの可能な有限要素及び有限体積法モデルGARFIELD-CHEMを組合せることで、人工バリアシステムの化学-力学-水理連成モデルを作成する。このように既存の詳細な個別ソフトウェアをOpenMIを用いて連携させることで、1つのソフトウェア上に複数のプロセス群のすべて組み込む場合に避けられないモデルの単純化を必要としなくなる。

Details are presented of the development of a coupled modeling simulator for assessing the evolution in the near-field of a geological repository for radioactive waste disposal where concrete is used as a backfill. The simulator uses OpenMI, a standard for exchanging data between simulation software programs at run-time, to form a coupled chemical-mechanical-hydrogeological model of the system. The approach combines a tunnel scale stress analysis finite element model, a discrete element model for accurately modeling the patterns of emerging cracks in the concrete, and a finite element and finite volume model of the chemical processes and alteration in the porous matrix and cracks in the concrete, to produce a fully coupled model of the system. Combining existing detailed simulation software in this way with OpenMI has the benefit of not relying on simplifications that might be necessary to combine all of the modeled processes in a single piece of software.