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報告書

超深地層研究所計画(岩盤の水理に関する調査研究); 研究坑道掘削に伴う地下水流動場及び地下水水質の変化を考慮した地下水流動のモデル化・解析; 2009年度

下茂 道人*; 熊本 創*; 露口 耕治; 尾上 博則; 三枝 博光; 水野 崇; 大山 卓也

JAEA-Research 2012-043, 98 Pages, 2013/03

JAEA-Research-2012-043.pdf:26.71MB

本研究では、超深地層研究所計画における地下水流動場の把握を目的とした水理地質構造のモデル化及び地下水流動解析技術の高度化に関する研究開発の一環として、サイトスケール(研究所用地周辺を含む2km四方の領域)に着目し、それを包含するローカルスケール(研究所用地周辺を含む約9km四方の領域)を対象とした水理地質構造モデルの構築及び地下水流動解析を実施した。モデル化・解析の結果、研究坑道の掘削に伴う湧水量や周辺の地下水流動場に影響を与える水理地質構造の推定及び深度1,000mまでの研究坑道の掘削に伴う湧水量や周辺地下水位の低下量を予測することができた。また、研究坑道掘削時のグラウトが周辺の地下水流動場の変化に与える影響の程度を解析的に把握することができた。さらに、研究坑道掘削が地下水の水質分布に与える影響の程度を把握することができた。

報告書

超深地層研究所計画(岩盤の水理に関する調査研究); 研究坑道掘削に伴う地下水流動場及び地下水水質の変化を考慮した地下水流動のモデル化・解析; 2008年度

下茂 道人*; 熊本 創*; 小坂 寛; 尾上 博則; 三枝 博光; 水野 崇; 大山 卓也

JAEA-Research 2012-004, 126 Pages, 2012/04

JAEA-Research-2012-004.pdf:14.3MB

本研究では、超深地層研究所計画における地下水流動場の把握を目的とした水理地質構造のモデル化及び地下水流動解析技術の高度化に関する研究開発の一環として、ローカルスケール(研究所用地周辺を含む約十km四方の領域)を対象とした水理地質構造モデルの構築及び地下水流動解析を実施した。モデル化・解析に用いたデータは、地表からの調査予測研究段階(第1段階)で得られた調査データ及び第2段階における研究坑道を深度200mまで掘削時の調査データである。モデル化・解析の結果、研究坑道の掘削に伴う湧水量や周辺の地下水流動場に影響を与える水理地質構造の推定、及び深度1000mまでの研究坑道の掘削に伴う湧水量や周辺地下水位の低下量を予測することができた。また、研究坑道掘削時のグラウトが周辺の地下水流動場の変化に与える影響の程度を解析的に把握することができた。また、研究坑道掘削に伴う地下水の水質分布に与える影響の程度を把握することができた。

報告書

超深地層研究所計画(岩盤の水理に関する調査研究); 研究坑道掘削に伴う地下水流動場の変化を考慮した地下水流動のモデル化・解析; 2006-2007年度

下茂 道人*; 熊本 創*; 尾上 博則; 三枝 博光

JAEA-Research 2011-017, 132 Pages, 2011/09

JAEA-Research-2011-017.pdf:9.55MB

本研究では、今後の研究坑道の掘削に伴う周辺の地下水流動場の変化や研究坑道への湧水量等の予測・評価による研究坑道の設計・施工への情報提供、及び研究坑道の掘削を伴う研究段階(第2段階)での今後の調査計画策定への情報提供を目的として、水理地質構造モデルを構築するとともに、それを用いた地下水流動解析を行い今後の研究坑道の掘削に伴う地下水流動場への影響を予測した。モデル化・解析に用いたデータは、地表からの調査予測研究段階(第1段階)で得られた調査データ、第2段階での堆積岩中の研究坑道掘削時の湧水量や水圧変化に関するデータ、並びに両立坑の切羽から掘削されたパイロットボーリング調査結果である。モデル化・解析の結果、研究坑道の掘削に伴う湧水量や周辺の地下水流動場の変化に大きな影響を与える水理地質構造の推定、及び深度1,000mまでの研究坑道の掘削に伴う湧水量や周辺地下水位の低下量を予測することができた。また、研究坑道へのプレグラウトが周辺の地下水流動場の変化に与える影響の程度を解析的に把握することができた。

報告書

亀裂を有する堆積岩の水理・物質移行評価のための試験手法の検討と解析(共同研究)

下茂 道人*; 熊本 創*; 伊東 章*; 唐崎 建二*; 澤田 淳; 小田 好博; 佐藤 久

JAEA-Research 2010-040, 57 Pages, 2010/11

JAEA-Research-2010-040.pdf:5.12MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分システムの性能評価において、天然バリアを構成する岩盤中における水理・物質移行特性を適切に評価することが重要である。本件では岩石基質(マトリクス)部の間隙率が高くかつ亀裂が発達しており、多孔質媒体と亀裂性媒体の双方の特徴を併せ持った性質を有する堆積岩について、亀裂を含む岩石ブロック試料の採取方法の具体的な手順、及び対象とする亀裂の抽出,観察,原位置での試験方法,ブロック試料の固定化方法などについて、具体的な方法を整理した。さらにブロック状の岩石試料の採取前後で実施する原位置試験と、ブロック試料採取後に実施する透水・トレーサー試験の方法を検討した。また堆積岩が分布する広域的なスケールでの地下水流動場の評価検討のために、異なる性質のデータを複合的に用い、順解析と逆解析を組合せた水理地質構造モデルの不確実性について検討し、これらのデータの有効性について取りまとめた。

報告書

亀裂を有する堆積岩の水理・物質移行評価のためのデータ取得・解析,3

下茂 道人*; 熊本 創*; 伊東 章*; 唐崎 建二*; 澤田 淳; 小田 好博; 佐藤 久

JAEA-Research 2009-060, 70 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-060.pdf:14.26MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分サイトの性能評価にあたっては、天然バリアを構成する岩盤中における水理・物質移行特性を適切に評価することが重要である。本研究では、亀裂を有する堆積岩の水理・物質移行データを室内試験により拡充するとともに、試料採取方法及びトレーサー試験方法の検討を行った。さらに、水理地質構造モデルの不確実性を把握,低減するための方法論を体系的に整理して取りまとめた。室内試験では、稚内層の岩石コアから人工の平行平板亀裂を有する試料を作成して、これを対象とした透水試験並びに非収着性トレーサー試験を実施し、既往の試験結果と同様の傾向が示された。試料採取方法,トレーサー試験方法の検討では、ワイヤーソー切断技術に着目し、課題等を整理した。堆積岩が分布する広域的なスケールでの地下水流動場の評価検討については、水圧データ以外のデータを用いて、水理地質構造モデルや境界条件などを推定する方法や、データの有効性について取りまとめた。

論文

Uncertainty reduction of hydrologic models using data from surface-based investigation

唐崎 建二*; 伊藤 一誠*; Wu, Y.*; 下茂 道人*; 澤田 淳; 前川 恵輔; 畑中 耕一郎

Proceedings of TOUGH Symposium 2009 (Internet), 9 Pages, 2009/09

We present some examples of using information other than pressure data to constrain the model. The initial model was constructed using information from surface geology and a few boreholes. Inversion analysis of pressure implied the existence of a low-permeability rock. We then used river flow data and temperature data from a hot spring as a basis for estimating the recharge flux, which suggested that the overall permeability of the modeled area could be one order of magnitude larger than that of the base model. Next, we simulated a saltwater washout process and compared the simulated salinity distribution with the salinity data from a borehole. We found that a better match to the salinity data is obtained if the increase of permeability is taken up by the fault zone rather than uniformly by the entire model. A smaller-scale match to the temperature, pressure, and density profiles from two boreholes indicated that there was a low permeability fault in between the two boreholes.

報告書

亀裂を有する堆積岩の水理・物質移行評価のためのデータ取得・解析,2

下茂 道人*; 熊本 創*; 唐崎 建二*; 佐藤 久; 澤田 淳

JAEA-Research 2008-101, 70 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-101.pdf:7.03MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における安全評価では、最終処分施設建設地の選定までの各調査段階において、調査地区の特性を把握し、地下水流動及び物質移行モデルの構築や、モデル解析のためのパラメータ設定に適宜反映させることが重要である。従来の研究では、堆積岩における物質移行現象に関しては、粒子間間隙を主な移行経路として考えてきた。しかし、亀裂が発達した堆積岩においては、亀裂が粒子間間隙よりも卓越した水みちを形成する可能性がある。本研究では、亀裂を有する堆積岩の水理・物質移行データを室内試験により拡充するとともに、それらのデータに基づいた数値解析により、パラメータ値の違いが岩盤内の物質移行現象に与える影響を整理した。また、堆積岩が分布する広域的なスケールでの地下水流動場を評価する手法開発の一環として、幌延地域の孔内温度分布データに着目した検討により検討対象としたボーリング孔間に透水係数の低い断層のコア部の存在を推定した。

論文

立坑の冠水・排水時の湧水量・水圧観測データを用いた水理地質構造モデルの構築

熊本 創*; 下茂 道人*; 三枝 博光; 大山 卓也

第38回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.281 - 286, 2009/01

日本原子力研究開発機構では、岐阜県瑞浪市において、おもに結晶質岩を対象とした地下研究施設の建設を進めている。施設建設にあたっては、坑内湧水量や周辺への水圧応答など、建設に伴うデータ取得を行っている。また、掘削途中(深度約180m地点)では、排水処理方法の改善のため、掘削及び排水を停止し、坑内は一時的に冠水され、その後、再排水された。この一連の坑内水位変動は、大規模な回復・揚水試験と考えられ、これに伴う水圧応答データは、周辺の水理地質構造や透水性評価に非常に有効なデータである。本報では、この掘削・冠水・再排水時の湧水量や水圧応答データを用いて、筆者等がこれまでに構築してきた水理地質構造モデルの妥当性確認及び更新の結果について述べる。

論文

Evaluation of uncertainties originating from the different modeling approaches applied to analyze regional groundwater flow in the Tono area of Japan

井尻 裕二*; 三枝 博光; 澤田 淳; 小野 誠*; 渡辺 邦夫*; 唐崎 建二*; Doughty, C.*; 下茂 道人*; 文村 賢一*

Journal of Contaminant Hydrology, 103(3-4), p.168 - 181, 2009/01

 被引用回数:7 パーセンタイル:66.82(Environmental Sciences)

高レベル放射性廃棄物地層処分の安全評価においては、シナリオ,概念モデル及び入力パラメータ値の不確実性が計算結果に及ぼす影響を定量的に評価することが重要な課題の1つとなっている。本研究では、複数の不均質連続体モデルを用いて東濃地域周辺を対象とした広域地下水流動解析を実施し、概念モデルに起因した不確実性について検討を行った。その結果、概念モデルの不確実性は、解析技術者が設定する境界条件及びモデル化する水理地質構造などに大きく依存し、確率論的モデルにおけるモンテカルロシミュレーションのばらつきに起因した不確実性よりも大きいことが明らかとなった。

論文

Hydrogeological characterization for estimation of hydraulic responses due to construction of the Mizunami Underground Research Laboratory

三枝 博光; 下茂 道人*; 熊本 創*; 尾上 博則; 竹内 竜史; 竹内 真司; 大山 卓也

Proceedings of 36th International Association of Hydrogeologists Congress 2008 (IAH 2008) (CD-ROM), 10 Pages, 2008/10

超深地層研究所は、結晶質岩(花崗岩)を主な対象とした深地層の研究施設の一つであり、この計画では、地層処分研究開発の基盤となる深地層の科学的研究の一環として、深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤の整備を全体目標の一つとした調査研究が進められている。超深地層研究所計画における地下水流動特性評価においては、水理調査と水理地質構造モデルの構築,地下水流動解析を繰り返し実施してきた。このモデル化・解析は、地下施設への地下水流入量及び地下施設建設が周辺環境へ与える影響の推定を目的として実施した。その結果、モデル化・解析結果の信頼性向上及び妥当性確認のために必要な水理地質構造などを抽出することができた。また、研究施設建設中の水圧応答データを用いたモデルの妥当性確認及び更新を行った。本稿では、これらの結果について紹介する。

報告書

亀裂を有する堆積岩の水理・物質移行評価のためのデータ取得・解析(委託研究)

下茂 道人*; 熊本 創*; 唐崎 建二*; 澤田 淳; 前川 恵輔; 佐藤 久

JAEA-Research 2008-029, 95 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-029.pdf:4.51MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分サイトの性能評価にあたっては、天然バリアを構成する岩盤中における水理・物質移行特性を適切に評価することが重要である。しかし、これまでの知見から、特に幌延地域の亀裂の発達した堆積岩では、亀裂性媒体と多孔質媒体の双方の特徴を併せ持った性質を有することが明らかとなってきている。本件では、亀裂を有する堆積岩中における水理・物質移行パラメータの拡充を目的とした室内試験を実施するとともに、特に岩盤中の物質移行現象の評価で重要となる亀裂内の実流速について、その違いが亀裂を有する堆積岩内の物質移行現象に与える影響について数値解析的な検討を行った。また、幌延地域は、地下水中に塩水及び溶存ガスが含まれるとともに、地下深部において高い間隙水圧が認められる場所が確認されている。本件では、この高圧箇所の形成要因を把握することを目的とした数値解析的検討を行った。

報告書

亀裂を有する軟岩の水理・物質移行特性データの取得・解析(委託研究)

下茂 道人*; 熊本 創*; 前川 恵輔

JAEA-Research 2007-016, 141 Pages, 2007/03

JAEA-Research-2007-016.pdf:20.36MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分サイトの性能評価にあたっては、天然バリアを構成する岩盤中における水理・物質移行特性を適切に評価することが重要である。これまで軟岩における物質移行現象は、粒子間間隙を主な移行経路と考えてきた。しかし亀裂が発達した軟岩では、亀裂が卓越した水みちを形成する可能性がある。本研究は、亀裂を有する軟岩中における水理・物質移行特性の解明を目的とし、軟岩試料を対象とした室内試験及び解析を行った。幌延深地層研究センターの試錐孔(HDB-9$$sim$$11孔)で採取されたコア試料を対象とした室内試験(透水試験,トレーサー試験,拡散試験)を実施し、深度,地層の種類や年代,続成作用等が試験結果に与える影響を検討した。さらにブロック型の自然亀裂試料を用いた透水試験,トレーサー試験を実施し、試験規模の違いによる水理・物質移行パラメータの変化について検討した。また、実スケールの岩盤を想定した亀裂を有する軟岩中の流れと物質移行現象の概念モデルに関する数値解析的検討を行い、岩盤のモデル化手法に関する考察を行った。なお、本研究は旧核燃料サイクル開発機構の成果である。

論文

幌延深地層研究計画における地下研究施設掘削に伴う地下水流動予測解析; 地上からの調査結果に基づく水理地質構造のモデル化と解析

熊本 創*; 下茂 道人*; 操上 広志

地下水流動解析とモデル化に関するシンポジウム発表論文集, p.43 - 50, 2007/01

本研究は、これまでの地表からの調査結果に基づいて構築された水理地質構造モデルを用いて、研究坑道の掘削過程を模擬した地下水流動解析を行い、掘削に伴う研究坑道への湧水量や周辺の水位,水圧変化等の予測解析を実施したものである。解析の結果、小断層帯が湧水量や周辺の水圧へ与える影響が大きく、またその分布の違いによる予測湧水量のばらつきが大きいことが明らかとなった。

論文

孔間水理試験データを用いた地下水流動モデルのキャリブレーション

熊本 創*; 下茂 道人*; 三枝 博光; 尾上 博則

第36回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.287 - 292, 2007/01

日本原子力研究開発機構では、岐阜県瑞浪市において、地下研究施設建設に伴う地下水流動場への影響予測のための水理地質構造モデルの構築及び地下水流動解析を進めている。筆者等は、これまでに、地表からの探査やボーリング調査結果等に基づき、モデルの構築及び周辺観測井内の定常状態の水頭観測値を用いた水理パラメータの同定を行ってきた。今回、孔間水理試験で得られた非定常データを用い、揚水に対する圧力応答の再現性に着目した、地質構造及び水理パラメータの同定を実施した。その結果、遮水性や透水性を有する断層等の地質構造を反映することで、孔間の圧力応答を再現できた。また、定常観測値によるキャリブレーションでは求められない、比貯留係数の特定が可能であることがわかった。

論文

Hydrogeological model in Horonobe Underground Research Laboratory project

操上 広志; 國丸 貴紀; 藪内 聡; 瀬尾 昭治; 下茂 道人*; 熊本 創*

Proceedings of 2nd International Conference on Coupled T-H-M-C Processes in Geo-systems; Fundamentals, Modeling, Experiments and Applications (GeoProc 2006), p.584 - 589, 2006/05

日本原子力研究開発機構が進めている幌延深地層研究計画では、堆積岩の水理地質及び地球化学に関する調査・モデル化を実施している。本論文は水理地質調査及びモデル化の現状を報告するものである。水理地質調査はおもに深層ボーリング孔を利用した水理試験,フローメーター検層,コアを利用した室内試験から成る。これまでの調査から、透水係数に深度依存性があることや割れ目帯が水理特性に大きく寄与していることがわかってきた。これらの知見に基づき、割れ目帯の空間的分布を考慮した等価不均質連続体モデルを利用した地下水流動解析を実施し、水圧と比較することでモデルの妥当性を検討した。

論文

Long-term simulation of ambient groundwater chemistry at Horonobe underground research laboratory, Japan; Application of coupled hydro-geochemical model

山本 肇*; 國丸 貴紀; 操上 広志; 下茂 道人*; Xu, T.*

Proceedings of 2nd International Conference on Coupled T-H-M-C Processes in Geo-systems; Fundamentals, Modeling, Experiments and Applications (GeoProc 2006), p.382 - 387, 2006/05

日本原子力研究開発機構が進めている幌延深地層研究計画では、堆積岩の水理地質及び地球化学に関する調査・モデル化を実施している。本論文は地球化学調査及び水理-地球化学連成モデル化の現状を報告するものである。8本の深層ボーリング調査結果から、研究所設置地区周辺の地下水は浅層の淡水系地下水と深層の塩水系地下水が混合したものであることが示唆されている。本論文において、およそ50万年前から現在に至る淡水系地下水と塩水系地下水の混合及び岩石-水反応による地下水形成を解析的に検討した。その結果、(1)解析結果は塩分濃度や地下水組成の空間分布と淡水系地下水,塩水系地下水の混合というこれまでの概念と整合的である,(2)淡水系地下水の浸入は陽イオン交換を通してpHを上昇させる,(3)酸化還元フロントは酸化水の浸入により進行するが、黄鉄鉱などの鉱物の減少により緩和される、ことがわかった。

論文

地下研究坑道掘削に伴う地下水流動状態の変化を予測するための地下水流動解析とそれに基づく調査研究計画の策定

三枝 博光; 下茂 道人*; 文村 賢一*; 竹内 真司; 尾上 博則

日本地下水学会2006年秋季講演会講演要旨, p.258 - 263, 2006/00

本研究では、研究坑道の設計・施工及び第2段階での調査計画策定に反映させることを目的として、第1段階で取得されたデータを用いた地下水流動解析を実施した。具体的には、地下水流動解析によって、研究坑道の建設に伴う研究坑道への湧水量や、地下水位分布や水頭分布の変化等を推定した。地下水流動解析の結果から、研究坑道への湧水量に対しては、ほかの要因と比較して内部境界条件の影響が大きいことが明らかとなった。また、断層などの透水性構造が湧水量へ与える影響が大きいことがわかった。さらに、この地下水流動解析結果に基づき、第2段階での調査計画や、第1段階で構築した水理地質構造モデルの研究坑道建設に伴う地下水流動場の変化を用いた妥当性の確認方法について検討した。

報告書

表層部における堆積軟岩の水理・物質移行特性データの取得

下茂 道人*; 熊本 創*

JNC-TJ5410 2005-003, 40 Pages, 2005/03

JNC-TJ5410-2005-003.pdf:2.27MB

幌延深地層研究計画では、安全評価手法の適用性の評価を計画している。安全評価手法の適用性評価にあたっては、地下深部$$sim$$地表にいたる岩石・岩盤の物質移行特性が必要となる。本件は、これまで実施例がない表層部付近の風化岩石の水理・物質移行特性を把握するため、室内透水試験およびトレーサー試験を実施した。その結果、表層部の透水係数は8.0$$times$$10-10$$sim$$2.0$$times$$10-9(m/s)程度であり、勇知層・声問層の透水性よりやや大きい値であること、実効拡散係数は1.5$$times$$10-10$$sim$$3.5$$times$$10-10(m/s)であり、勇知層・声問層の値とほぼ同等であることがわかった。

報告書

幌延深地層研究計画における地質環境のモデル化研究

下茂 道人*; 山本 肇*; 熊本 創*; 藤原 靖*; 小野 誠*

JNC-TJ5400 2004-004, 120 Pages, 2005/02

JNC-TJ5400-2004-004.pdf:78.08MB
JNC-TJ5400-2004-004(errata).pdf:0.08MB

幌延深地層研究計画の第1段階では,地表からの調査と調査結果に基づく地質環境のモデル化を通じて,研究対象となる場の地質環境特性を把握するための体系的調査・モデル化技術の確立を目的としている。本研究では,調査結果を解釈するための地質環境モデルのうち,地質構造モデルと地下水の水理モデル(水理地質構造モデル),および地球化学モデルを構築し,さらに地下施設建設に伴う水理地質環境の変化を予測する。

報告書

幌延深地層研究計画における試錐調査(HDB-6,7,8)のうちHDB-8孔

山本 卓也*; 下茂 道人*; 藤原 靖*; 服部 弘通*; 名合 牧人*; 田所 照夫*; 中垣 真一*

JNC-TJ5400 2005-006, 795 Pages, 2004/03

JNC-TJ5400-2005-006.pdf:96.75MB
JNC-TJ5400-2005-006(errata).pdf:0.08MB

北海道幌延町における幌延深地層研究計画の一環として、深度470 mの試錐孔HDB-8孔を掘削し、深部堆積岩の地質学的、水理学的、地球化学的および岩盤力学的データを取得した。

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