Thermal hydraulic mechanical coupled simulation of FEBEX

FEBEX原位置試験の熱-水-力学連成解析

高山 裕介  

Takayama, Yusuke

過渡期終了時の人工バリアの状態、特にベントナイト材料の密度の不均一性の程度を把握することは重要である。本研究では、既存の連成モデルをFEBEX原位置試験に適用し、特に密度の不均一性に着目した連成解析モデルの妥当性を検討した。その結果、連成解析モデルに適用されている膨潤項が付加された線形弾性構成モデルでは、密度変化を過少評価することが明らかとなった。代わりに、不飽和弾塑性構成モデルを用いた力学解析も実施した。力学解析では、力学から水理や熱に与える影響を考慮していないが、飽和度変化を入力条件として用いて、二次元的な応力変化や密度分布を再現することができた。今後は、FEBEXや他の原位置試験の長期の計測データや三次元的な空間分布のサンプリングデータなどを利用して、密度の不均一性に与える水理や熱と力学との連成や三次元的な影響を検討していきたい。

It is important to know the state of the barrier at the end of the transient period, in particular the degree of density homogeneity achieved at that stage. In this study, the validity of the existing coupling model is examined focusing, among other things, on the density heterogeneity by applying to the in situ Full-scale Engineered Barrier Experiment (FEBEX) in Grimsel. It was confirmed that linear elastic constitutive model with swelling term applied to the existing coupling model underestimates the density change. Instead, mechanical behavior was re-simulated by unsaturated elasto-plastic constitutive model using the changes in degree of saturation as input data. Although no feedback effects of mechanical behavior on hydraulic and thermal behavior were taken into account, two-dimensional stress and density could be reproduced. Further studies might be required, (1) three dimensional effects on deformation and (2) coupling effects between thermal, hydraulic and mechanical behavior in density heterogeneity. The long-term measurement data and sampling data of three-dimensional spatial distribution of FEBEX and other in-situ tests could also contribute to these further model studies.