ニアフィールドにおける過渡期の熱-水-応力連成挙動に及ぼす緩衝材の密度変化の影響評価(受託研究)

Impact assessment of density change on the buffer material on the coupled thermal-hydraulic and mechanical (THM) behavior in the near-field (Contract research)

鈴木 英明*; 高山 裕介  

Suzuki, Hideaki*; Takayama, Yusuke

高レベル放射性廃棄物の地層処分におけるニアフィールド環境は、廃棄体からの発熱による熱的作用、人工バリア内への地下水の浸潤による水理的作用及び緩衝材の膨潤などによる力学的作用が相互に影響を及ぼしあう複合現象として取り扱う必要がある。このような複雑なニアフィールド環境を評価するためのツールとして、熱-水-応力(THM)連成解析コードの開発が進められている。本研究では、THM連成解析モデルの高度化として、緩衝材の力学特性、熱特性及び水理特性の密度依存性について整理を行い、緩衝材の密度変化によって生じるTHMに関する物性値の変化を考慮できるように解析コードの更新を行った。そして、力学解析側から熱解析及び水理解析側へ解析結果を提供するスキームを追加した解析コードを用いて、幌延深地層研究計画において実施している人工バリア性能確認試験を対象とした再現解析を実施し、原位置で得られた計測データとの比較を通じて、モデルの適切性を確認するとともに、緩衝材の密度変化が及ぼす温度や浸潤及び膨潤変形挙動への影響の程度を把握した。さらに、ニアフィールドの長期挙動に関する事例解析として、廃棄体竪置き方式の人工バリアを対象として、廃棄体からの放熱と人工バリア内への地下水浸潤にともない、緩衝材が埋め戻し材側へ膨出することによって生じる緩衝材の密度変化が、緩衝材中の温度や浸潤挙動へ与える影響を確認した。

It is anticipated that the coupled thermal hydraulic and mechanical (THM) processes will occur, involving an interactive process with radioactive decay heat arising from the vitrified waste, infiltration of groundwater from the host rock into the buffer material, swelling pressure of buffer material due to its saturation in the near-field of a geological disposal system for high-level radioactive waste repository. In order to evaluate these phenomena in the near-field, the THM model has been developed. In this report, the density dependence of thermal, hydraulic and mechanical properties of the buffer material was investigated to evaluate the near-field environment. These density dependence schemes were added to the coupled THM model. The THM analysis of the in-situ experiment of engineered barrier system (EBS) experiment at the Horonobe Underground Research Laboratory was carried out. As a result, the effect of the density change of the buffer material on the temperature and infiltration behavior of buffer material was found. A case analysis on the long-term behavior of the near field was also carried out. Then, the behavior that the buffer material swelled out toward the backfill material and the density of the buffer material decreasing was shown.