単一亀裂を対象とした亀裂の間隙構造データの取得技術の開発と亀裂内での透水・物質移行特性データの取得

Development of technique for acquiring fracture void structure data for a single fracture and acquisition of hydraulic/mass transport properties in a fracture

佐藤 久*; 澤田 淳 ; 高山 裕介  

Sato, Hisashi*; Sawada, Atsushi; Takayama, Yusuke

高レベル放射性廃棄物の地層処分における安全評価において、亀裂の透水や物質移行に関するパラメータを設定する際には、実際の亀裂の透水特性や物質移行特性を十分に理解していることが重要である。亀裂の透水特性や物質移行特性は亀裂の間隙構造の影響を受ける。そのため、亀裂を対象に水理試験を実施するだけではなく、亀裂の間隙構造に基づいた亀裂の透水や物質移行特性の評価を行う必要がある。しかし、亀裂の間隙構造が亀裂の水理特性に与える影響を評価した例は限られている。その要因として、水理試験を実施した際の亀裂の間隙構造を保持した、亀裂開口部の3次元形状データを取得することが困難であることが挙げられる。そこで本研究では、亀裂の表面形状データから亀裂の3次元的な間隙構造を取得する技術を開発するとともに、その技術を用いた亀裂の3次元的な間隙構造データと水理試験結果のデータセットを取得することを目的とする。具体的には、実際の亀裂を型として作製した透明な亀裂のレプリカ試料を対象に、座標を厳密に設定して測定した亀裂表面形状データから亀裂の3次元的な間隙構造データを取得する手法を構築し、その適用を試みた。また、同試料を対象に透水試験や筆者らがこれまでに整備してきた光学的な測定手法を用いたトレーサー試験を実施し、亀裂の透水特性や物質移行特性を示すデータを取得した。取得した亀裂の3次元的な間隙構造データの妥当性を評価するために、他の異なる方法で得た開口幅の平均値と比較した。その結果、亀裂の間隙構造データから得られた開口幅は、互いに異なる複数の方法で得られた開口幅の平均値とほぼ一致したことから、本試験で得られたデータの妥当性が確認できた。

In the safety assessment of the geological disposal of high-level radioactive waste, it is important to fully understand the permeability and mass transport properties of actual fractures when setting parameters for permeability and mass transport properties of fractures. Permeability and mass transport properties of a fracture are affected by the void structure of the fracture. Therefore, it is necessary not only to conduct a hydraulic test but also to evaluate hydraulic properties based on the void structure of the fracture. Therefore, the purpose of this study is to develop a technique to acquire a three-dimensional void structure of a fracture from fracture surface shape data, and to obtain a dataset of three- dimensional void structure data and hydraulic data of the fracture. Specifically, we made a transparent replica sample of fracture and measure the fracture surface shape data in the exact coordinates. The three-dimensional void structure data was constituted from fracture surface shape data in the same coordinates. In addition, we conducted a permeability test and tracer test for the same sample to obtain a permeability and mass transport properties of the fracture. To assess the validity of the acquired data, we compared it with the apertures evaluated based on different methods. As a result, the average aperture from the fracture void structure was almost same as the average aperture acquired by different methods, from the above that the test result was validated.