棚倉断層のコアと近傍地盤の力学特性評価の試み,1; 打撃試験と針貫入試験の適応性

朝比奈 大輔*; 高村 浩彰*; 塚本 耕治*; 本田 文人*; 伊東 孝*; 岩田 直樹*; 藍檀 オメル*; 佐藤 稔紀

第51回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集(インターネット), p.43 - 47, 2025/12

断層は断層コアやダメージゾーンといった特徴的な構造が存在し、それらの物性値は局所的に変化することが知られている。これらの領域は、地下空間の安全な利用や、廃棄物処分における地下水流動の変化という観点から、工学的に重要な検討対象となる。しかし、断層近傍における物性値を定量的に測定した事例はこれまで多くない。本研究では、福島県北白川郡塙町の棚倉断層近傍地盤の力学特性を簡便かつ非破壊的に評価することを目的として、打撃試験と針貫入試験を適用した。断層ガウジ境界からの距離に応じて測定値に明瞭な空間的変化が確認された。各試験は異なる感度で岩盤特性を捉えるため、複数手法を組み合わせることで断層ならびに断層近傍の岩盤の力学特性を多角的に評価できる可能性が示唆された。

粘土を含む水が流れる条件下での巨視き裂を含む花崗岩の透水係数の変化

奈良 禎太*; 加藤 昌治*; 佐藤 努*; 河野 勝宣*; 佐藤 稔紀

Journal of MMIJ, 138(4), p.44 - 50, 2022/04

https://doi.org/10.2473/journalofmmij.138.44

放射性廃棄物地層処分や化石燃料の採掘、二酸化炭素地中貯留等の工学プロジェクトを考える上で、岩盤内の流体の流れを理解することは重要である。き裂や空隙のネットワークは流路となるため、岩盤内の流体の流れにおいて主要な役割を果たす。本研究では、巨視き裂が自然環境下で含まれている花崗岩を試料として用いて、粘土を含む水が流れる条件下で透水試験を行うことによって透水係数の変化を調べた。その結果、粘土粒子が巨視き裂内で集積してき裂を閉塞させることによって、巨視き裂を含む花崗岩の透水係数が低下した。

幌延深地層研究計画における地下施設での調査研究段階; (第3段階: 必須の課題2015-2019年度)研究成果報告書

中山 雅; 雑賀 敦; 木村 駿; 望月 陽人; 青柳 和平; 大野 宏和; 宮川 和也; 武田 匡樹; 早野 明; 松岡 稔幸; et al.

JAEA-Research 2019-013, 276 Pages, 2020/03

JAEA-Research-2019-013.pdf:18.72MB

幌延深地層研究計画は、日本原子力研究開発機構(原子力機構)が堆積岩を対象に北海道幌延町で実施している地層処分技術に関する研究開発の計画である。幌延深地層研究計画は、「地上からの調査研究段階(第1段階)」、「坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階)」、「地下施設での調査研究段階(第3段階)」の3つの調査研究段階に分けて進めている。原子力機構の第3期中長期計画では、本計画について、「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認、処分概念オプションの実証、地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証に重点的に取り組む。また、平成31年度末までに研究終了までの工程やその後の埋戻しについて決定する。」としている。本稿では、第3期中長期計画期間のうち、平成27年度から令和1年度までの地下施設での調査研究段階(第3段階)における調査研究のうち、原子力機構改革の中で必須の課題として抽出した(1)実際の地質環境における人工バリアの適用性確認、(2)処分概念オプションの実証、(3)地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証、の3つの研究開発課題について実施した調査研究の成果を取りまとめた。

海水条件下の岩盤亀裂に適した溶液型グラウトの特性取得

辻 正邦*; 沖原 光信*; 中島 均*; 齋藤 亮*; 青柳 和平; 佐藤 稔紀

第47回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(インターネット), p.266 - 271, 2020/01

地層処分のための工学技術として、坑道掘削時のグラウト技術(湧水抑制対策)の高度化開発が多く行われてきた。ただし、海水条件下を想定した物性取得や硬化のメカニズムを考慮した具体的な設計・施工方法は未確立である。このような状況を踏まえて、海水条件下における知見, 基本物性取得, 浸透特性取得, 研究レビューを実施したので、その概要について報告する。

Extraction mechanism of lanthanide ions into silica-based microparticles studied by single microparticle manipulation and microspectroscopy

大高 稔紀*; 佐藤 辰巳*; 大野 真平; 名越 航平; 安倍 諒治*; 新井 剛*; 渡部 創; 佐野 雄一; 竹内 正行; 中谷 清治*

Analytical Sciences, 35(10), p.1129 - 1133, 2019/10

https://doi.org/10.2116/analsci.19P155

Single porous silica microparticles coated with styrene-divinylbenzene polymer (SDB) impregnated with octyl(phenyl)-N,N-diisobutylcarbamoylmethylphosphine oxide (CMPO) were injected into an aqueous 3 mol/L nitric acid solution containing trivalent lanthanide (Ln(III)), as a high-level liquid waste model, using the microcapillary manipulation-injection technique; and the extraction rate of Ln(III), as an Ln(III)-CMPO complex, into the single microparticles was measured by luminescence microspectroscopy. The extraction rate significantly depended on the Ln(III), CMPO, or NO concentration, and was analyzed in terms of diffusion in the pores of the microparticles and complex formation of Ln(III). The results indicated that the rate-determining step in Ln(III) extraction was the diffusion in the pore solution of the microparticles.

Characterisation of colloidal silica grout under saline groundwater; Overall results for 3-year research project

辻 正邦*; 青柳 和平; 中島 均*; 沖原 光信*; 佐藤 稔紀

Proceedings of the Nordic Grouting Symposium 2019 (Internet), 15 Pages, 2019/09

本論文は、岩盤グラウト技術の高度化を目的とした、塩水条件の地下水中の溶液型グラウトの特性取得に関する3か年の研究成果概要を示すものである。初期段階では、溶液型グラウトの最新技術に関する調査を実施した。その後、実用性のある配合方法を開発し、塩水を練混ぜ水とした場合または、塩水を浸漬水とした場合の溶液型グラウトの各種特性データを取得した。さらに、塩水条件下でのグラウト浸透に関する理論を提案し、注入試験を実施した。最終年度に開催した第2回ワークショップでは、本研究で得られた知見がグラウト技術の発展に一定の寄与するものであると認められた。

Fracture characterization and rock mass behavior induced by blasting and mechanical excavation of shafts in Horonobe Underground Research Laboratory

青柳 和平; 常盤 哲也*; 佐藤 稔紀; 早野 明

Proceedings of 2019 Rock Dynamics Summit in Okinawa (USB Flash Drive), p.682 - 687, 2019/05

本研究では、幌延深地層研究センターの発破掘削で施工された東立坑および機械掘削で施工された換気立坑において、掘削損傷領域の定量的な違いを検討することを目的とした。両立坑で実施した壁面観察の結果、発破掘削では、機械掘削と比較して、掘削に伴い発生したと考えられる割れ目が多く確認された。また、壁面で計測された弾性波速度に関しても、発破掘削で施工された東立坑の方が、機械掘削で施工された換気立坑よりも小さい値であった。これらの結果から、発破掘削の方が壁面岩盤に与える損傷の度合いが大きいことがわかった。さらに、発破掘削では、切羽前方の岩盤を補強するような支保パターンが、壁面の損傷を低減するのに最適である可能性が示された。

カルシウムイオン濃度が異なる水中に保存した岩石での鉱物析出

奈良 禎太*; 桑谷 隆太*; 河野 勝宣*; 佐藤 稔紀; 柏谷 公希*

材料, 67(7), p.730 - 737, 2018/07

https://doi.org/10.2472/jsms.67.730

岩盤中のき裂の閉塞を考えることは、放射性廃棄物地層処分を考える上で有意義である。そこで本研究では、カルシウム分を含む水中環境に1ヶ月保存した岩石表面に鉱物が析出するかどうかを調べることとした。特に、カルシウムイオン濃度の異なる環境下に岩石を保存した場合、岩石表面への鉱物析出がどのように異なるかについて調べた。その結果、鉱物の析出が確認でき、その析出量は水中のカルシウムイオン濃度に依存することが分かった。また、花崗岩に比べて砂岩ではより多くの鉱物析出が起こることも示された。本研究の結果より、鉱物の析出による岩石内のき裂修復の可能性が示されたと考えられる。

Permeability of granite including macro-fracture naturally filled with fine-grained minerals

奈良 禎太*; 加藤 昌治*; 二里 竜平*; 河野 勝宣*; 佐藤 稔紀; 福田 大祐*; 佐藤 努*; 高橋 学*

Pure and Applied Geophysics, 175(3), p.917 - 927, 2018/03

https://doi.org/10.1007/s00024-017-1704-x

多くの分野で岩石の透水性に関する情報は重要なものである。特に、き裂や間隙が岩石の物理的特性や移行特性に与える影響を把握することは重要である。地下水の浸透により細粒の鉱物がき裂に充填されるが、このような岩石の透水性については十分調査されていない。このため、本研究では、粘土と鉱脈が充填された岩石の透水試験を実施した。その結果、細粒鉱物が充填されたマイクロフラクチャーを含む供試体の透水係数は健岩部のそれと同等の透水係数であった。粘土を含む場合は透水性が高くなるものの、充填物が無いき裂がある供試体よりは透水性が小さかった。

海水条件下での溶液型グラウト特性データの取得

戸栗 智仁*; 沖原 光信*; 辻 正邦*; 中島 均*; 杉山 博一*; 齋藤 亮*; 佐藤 稔紀; 青柳 和平; 桝永 幸介

JAEA-Research 2017-013, 131 Pages, 2018/02

JAEA-Research-2017-013.pdf:8.49MB

北欧では、湧水量を大幅に少なくするために、浸透性が高くて耐久性の高い活性シリカコロイドを用いた溶液型のグラウト(以下、溶液型グラウトと呼ぶ)の研究が行われ、沿岸域の地下研において実証試験および実適用が開始されている。溶液型グラウトは海水条件下で適用され始めているが、固化のメカニズムは不明であり、施工方法も未確立である。国内外のいずれの事例において具体的な施工方法は未確立である。溶液型グラウトの周辺岩盤への影響については未知の部分が多い。このような背景を踏まえて、本業務は、資源エネルギー庁の公募事業である、「地層処分技術調査等事業(沿岸部処分システム高度化開発)」の一環として、3年程度をかけてグラウトに関する研究を行う計画であり、本報告書はその初年度の成果をまとめたものである。