Evaluation of temporal changes in fracture transmissivity in an excavation damaged zone after backfilling a gallery excavated in mudstone

泥岩中に掘削した坑道を埋め戻した後の掘削損傷領域の透水性の経時変化の評価

青柳 和平  ; 石井 英一   

Aoyagi, Kazuhei; Ishii, Eiichi

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、坑道掘削損傷領域の透水性の経時変化の予測が、掘削損傷領域内部の割れ目を介した放射性核種の移行特性の評価の信頼性向上において重要となる。特に人工バリア定置後の緩衝材の膨潤圧発生に伴う割れ目の透水性の変化を検討することを目的として、幌延深地層研究センターにおいて実施している実規模の人工バリア性能確認試験領域付近で4年間透水試験を実施した。試験の結果、透水性は時間とともに低下し、膨潤から4年経過した時点で、試験開始時よりも透水性が41%に低下することが確認された。さらに、Barton-Bandisのモデルを適用することにより、膨潤圧の変化に伴う透水性の低下挙動を定量的に再現することができた。割れ目の閉塞の妥当性については、人工バリア性能確認試験実施領域で実施した弾性波トモグラフィ調査において、特に底盤部分の弾性波速度の増大が見られたことから確認することができた。これらの結果から、人工バリアの膨潤に伴う掘削損傷割れ目の閉塞について、実証することができた。また、地層処分事業において、廃棄体定置後の緩衝材の膨潤による掘削損傷割れ目の透水性の事前予測に際してBarton-Bandisモデルの適用可能性が示された。

The long-term geological disposal of high-level radioactive waste relies on predictions of future changes in a disposal facility's hydro-mechanical characteristics to assess potential leakage through fractures in the excavation damaged zone (EDZ) after backfilling the facility. This study evaluated the transmissivity of EDZ fractures using in situ hydraulic tests around the area of a full-scale, experimental, engineered barrier system in the Horonobe Underground Research Laboratory, Hokkaido, Japan. After their installation, the buffer blocks swelled, altering the stresses within the EDZ fractures. The effects of these changing stresses on the fractures' transmissivity were assessed over a period of 4 years. The transmissivity continuously decreased in this period to about 41% of its value measured prior to the swelling. Using the Barton-Bandis normal-stress-dependent fracture-closure model, the decrease in transmissivity is quantitatively attributed to closure of the EDZ fractures, which was caused by the swelling pressure increasing up to 0.88 MPa. Evidence of fracture closure came from seismic tomography surveying, which revealed a slight increase in seismic velocity in the study area with increasing swelling pressure. The results show that EDZ fractures were closed by swelling of the full-scale buffer material. They also demonstrate the applicability of the Barton-Bandis model to preliminary estimation of the long-term transmissivity of EDZ fractures in facilities for the geological disposal of radioactive waste.