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報告書

光ファイバ式ひび割れ検知センサの安全確保技術としての適用性に関する研究(平成27年度$$sim$$平成30年度)(共同研究)

河野 勝*; 葉山 和則*; 松井 裕哉; 尾崎 裕介

JAEA-Technology 2019-011, 35 Pages, 2019/07

JAEA-Technology-2019-011.pdf:2.65MB

本共同研究では、東京測器研究所の光ファイバ式ひび割れ検知センサが、数十年間の長期的な安全確保技術として有効に機能しうるかに関する検証を行うことを主目的として、平成22年度(2010年度)から平成26年度(2014年度)まで実施していた東京測器研究所との共同研究を継続し、瑞浪超深地層研究所において、原位置での長期耐久性試験を実施した。この試験の結果、光ファイバ式ひび割れ検知センサシステムに関する地下坑道内での長期計測システムとしての適用性やその維持管理方法を実証的に確認したと同時に、今後の課題も明らかにした。

報告書

DECOVALEX-2019 Task C; GREET Intermediate report

岩月 輝希; 尾上 博則; 石橋 正祐紀; 尾崎 裕介; Wang, Y.*; Hadgu, T.*; Jove-Colon C. F.*; Kalinina, E.*; Hokr, M.*; Balv$'i$n, A.*; et al.

JAEA-Research 2018-018, 140 Pages, 2019/03

JAEA-Research-2018-018.pdf:40.68MB

DECOVALEX-2019プロジェクト:タスクCでは、瑞浪超深地層研究所で実施している冠水試験の結果に基づいて、数値シミュレーションを用いた環境回復過程の予測手法の開発を行っている。この中間報告書では、タスクCの参加機関(原子力機構, サンディア国立研究所, リベレツ工科大学)により行われた、冠水坑道掘削による環境擾乱のモデル化と予測の結果を取りまとめた。坑道掘削中のトンネルへの地下水流入量, 水圧低下、トンネル付近のモニタリング孔での塩素イオン濃度の変動を予測課題として数値シミュレーションの開発を行った結果、現行のシミュレーション技術によってパイロット孔のデータに基づいて地下水流入量および水圧低下規模を予測可能であることが示された。

論文

Hydro-Mechanical-Chemical (HMC) simulation of Groundwater REcoverry Experiment in Tunnel (GREET)

尾崎 裕介; 石橋 正祐紀; 尾上 博則; 岩月 輝希

Proceedings of 10th Asian Rock Mechanics Symposium & The ISRM International Symposium for 2018 (ARMS 2018) (USB Flash Drive), 11 Pages, 2018/11

瑞浪超深地層研究所では、地下坑道閉鎖後における擾乱された地質環境回復過程の把握を目的として再冠水試験を実施している。再冠水試験では、坑道掘削から地下水による坑道閉塞、坑道解放に至る過程において、水圧・水質・岩盤変位等のモニタリングを実施している。原位置データの取得と並行して、定量的な回復過程の理解及び地質環境の評価技術の開発を目的として、これら連成挙動を考慮したシミュレーション及びモデル構築手法の開発を実施している。本研究では、再冠水試験のうち坑道掘削に伴う、水圧・応力連成解析及び塩素濃度イオンの予測解析を実施した。シミュレーション結果と原位置データを比較したところ、坑内における湧水量は比較的予測精度が高いことを確認した。

論文

Transition of near surface resistivity of tunnel wall during drift closure test

尾崎 裕介; 石橋 正祐紀; 松下 智昭*; 升元 一彦*; 今里 武彦*

Proceedings of 13th SEGJ International Symposium (USB Flash Drive), 4 Pages, 2018/11

瑞浪超深地層研究所では、坑道閉塞後の地質環境変化の把握を目的とした再冠水試験を実施している。再冠水試験において、坑道閉塞前後に2次元比抵抗探査を3度にわたり実施した。1回目は坑道閉塞前に、2回目と3回目は坑道から排水後に探査を実施した。これら探査において、低比抵抗体と高比抵抗体からなる二層構造を検知することができた。これら二層は各々吹き付けコンクリートと母岩部に相当する。また、坑道排水後に実施した探査では、母岩部に相当する高比抵抗体の上部の比抵抗の減少が確認された。この比抵抗変化は、母岩部の亀裂部に存在する不飽和層が冠水試験により飽和した過程を捉えたものと考えられる。

報告書

逆解析を用いた地下水流動のモデル化・解析に関する研究,2(共同研究)

尾上 博則; 山本 真哉*; 小橋 昭夫; 尾崎 裕介; 櫻井 英行*; 増本 清*

JAEA-Research 2018-003, 84 Pages, 2018/06

JAEA-Research-2018-003.pdf:17.44MB

本研究では瑞浪超深地層研究所周辺における透水不均質性の高い岩盤を対象とした数値実験を実施し、推定対象とする水理地質構造を絞り込むことや評価対象領域の水理地質構造を考慮した観測点の配置が重要であることを確認した。さらに、原位置で実施した揚水試験データを用いた逆解析を実施し、水圧応答データを用いた逆解析が、重要な水理地質構造の特定や水理地質構造の概念および解析モデルの信頼性の確認・向上といった地下水流動特性評価に有効であることが示された。

論文

Investigations of fluid flow in fractured crystalline rocks at the Mizunami Underground Research Laboratory

Hadgu, T.*; Kalinina, E.*; Wang, Y.*; 尾崎 裕介; 岩月 輝希

Proceedings of 2nd International Discrete Fracture Network Engineering Conference (DFNE 2018) (Internet), 5 Pages, 2018/06

本研究では、瑞浪超深地層研究所の深度500mにおける冠水坑道掘削時の地下水流動およびそれに伴う物質移動のシミュレーションを実施した。亀裂ネットワークモデルによって坑道周辺岩盤の亀裂分布を再現した上で、均質化法により変換した多孔質媒体モデルを用いてシミュレーションを実施した。シミュレーションを実施するにあたり、亀裂を含む岩盤を多孔質媒体モデルとして適切に取り扱うために、解析領域に対して比較的微細なメッシュを用いた計算を実施した。亀裂を考慮した不均質構造を含むモデルと均質構造を仮定したシミュレーションを実施したところ、亀裂の存在を考慮した不均質構造モデルを用いた解析では、原位置で取得されたデータを再現できることを確認した。

論文

Development and validation of a fracture model for the granite rocks at Mizunami Underground Research Laboratory, Japan

Kalinina, E. A.*; Hadgu, T.*; Wang, Y.*; 尾崎 裕介; 岩月 輝希

Proceedings of 2nd International Discrete Fracture Network Engineering Conference (DFNE 2018) (Internet), 7 Pages, 2018/06

瑞浪超深地層研究所では、現在、深度500mにおいて坑道閉鎖後の地質環境回復過程の把握等を目的とした再冠水試験を実施している。本研究では、再冠水試験を数値シミュレーションにより再現するため、亀裂分布を考慮したモデルを構築した。坑道壁面の観察結果やボアホールカメラ等により取得された亀裂分布情報をもとに、亀裂の統計値を設定し、原位置における透水試験や湧水量等の計測結果を考慮することで、原位置における亀裂分布を考慮した亀裂ネットワークモデルを作成した。作成したモデルを別途報告で実施する連成解析に用いることで、本研究で提示したモデル構築手法の妥当性を検証する予定である。

報告書

再冠水試験に伴う坑道周辺岩盤の変位計測結果

桑原 和道*; 青柳 芳明; 尾崎 裕介; 松井 裕哉

JAEA-Research 2017-002, 39 Pages, 2017/03

JAEA-Research-2017-002.pdf:3.58MB

深度500m冠水試験抗道における再冠水試験によって生じると予測される、坑道周辺岩盤の地中変位を捉えるため、高精度で耐久性のある光ファイバ式岩盤変位計を開発し、冠水坑道内の岩盤変位観測孔に設置した。冠水・水圧回復試験の第一回目は2015年9月に開始されたが、本計測は試験開始前から行い、大きなトラブルもなくデータ収集を継続している。第一回目の冠水試験および第二回目の試験(2016年1月に開始)で冠水坑道内の水圧が上昇すると、冠水坑道壁面近傍の変位計では、縮み側への変位が観測された。計測された変位量と、岩盤を等方均質弾性的挙動をすると仮定して試算した結果と比較すると、抗壁面ではある程度は一致するが、壁面から離れると測定結果は、試算よりも小さかった。これらの結果は、実際の岩盤では割れ目や不均質性が存在するため冠水坑道壁面に作用している水圧がそのまま内部に作用していないためと考えられる。

報告書

結晶質岩を対象とした連成現象が長期挙動におよぼす影響に関する研究; 2015年度(委託研究)

市川 康明*; 木本 和志*; 松井 裕哉; 桑原 和道; 尾崎 裕介

JAEA-Research 2016-018, 23 Pages, 2016/12

JAEA-Research-2016-018.pdf:4.41MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分坑道の力学的安定性は、建設・操業時から坑道埋戻し後の数千年$$sim$$数万年という長期にわたって要求される。時間依存的挙動を示す岩石や岩盤の長期的な挙動を把握することは重要な課題である。一方で、岩石中の地下水の化学的な反応も長期挙動に影響を及ぼすことが明らかになった。この力学と化学の連成現象にも影響を及ぼすマイクロクラックの評価については、かねてからの課題でもある。2015年度は、周波数帯域を20MHzまで拡張したレーザドップラ振動計を用い、花崗岩供試体を透過する表面波の計測と群速度の推定を行った。その結果、群速度は100kHz$$sim$$500kHzまで、振動しながら減少する傾向にあることを明らかにした。群遅延からの群速度推定は、空間的に平均化した波形を用いることで信頼性、推定可能周波数帯域が向上し、波数-周波数スペクトルによる推定よりも容易であることも示された。ここで得られた結果は、将来的に花崗岩の粘弾性理論によるモデル化や、マイクロクラック非破壊評価のための評価値を与える際に有用な情報であると考えられる。本研究の知見を利用するためには、今後、群速度の変動と亀裂や結晶粒といった媒体の微視的な性状との対応を明らかにする必要がある。

報告書

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価手法に関する研究; 2015年度(委託研究)

福井 勝則*; 羽柴 公博*; 松井 裕哉; 桑原 和道; 尾崎 裕介

JAEA-Research 2016-014, 52 Pages, 2016/09

JAEA-Research-2016-014.pdf:7.19MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、処分坑道の力学的安定性は、建設・操業時はもとより閉鎖後も千年程度にわたって要求される。一方、処分坑道をとりまく岩石や岩盤は、クリープや応力緩和などの力学的な時間依存性挙動を示すことが知られており、その挙動を把握することは処分坑道の安定性評価における課題となっている。この課題解決のため、調査研究開発を進めてきた。本年度は、田下凝灰岩のクリープ試験装置を、再度、移設した。試験は中断することなく、試験期間は18年を越えた。また、これまでに実施した土岐花崗岩の試験結果と、拡張したコンプライアンス可変型構成方程式による計算結果を比較しながら、種々の時間依存性挙動の関係性について定量的に検討した。さらに、湿潤状態かつ常温$$sim$$100$$^{circ}$$C程度での、岩石の変形・破壊特性および時間依存性を調べるための試験方法について検討した。

報告書

クラックテンソルモデルを用いた瑞浪超深地層研究所の冠水坑道における坑道冠水過程に伴う三次元応力解析

尾崎 裕介; 松井 裕哉; 桑原 和道; 多田 浩幸*; 櫻井 英行*; 熊坂 博夫*; 郷家 光男*; 小林 伸司*

JAEA-Research 2016-007, 125 Pages, 2016/06

JAEA-Research-2016-007.pdf:34.66MB

瑞浪超深地層研究所では、これまでクラックテンソルモデルを用いた掘削解析を行ってきた。現在、瑞浪超深地層研究所では深度500mにおいて再冠水試験が実施されている。本研究では、クラックテンソルモデルを用いて坑道が冠水する過程における亀裂および掘削損傷領域を含む岩盤挙動の評価を行う。坑道が冠水する過程での応力状態の変化を評価するために、冠水坑道内の水位が異なる場合の解析を行った。また、冠水後に坑道内に地下水の流入が継続した場合の応力状態を推定するために、冠水坑道内の水圧が深度相当の水圧と同程度まで上昇した場合の解析も行った。これら坑道の冠水過程における解析において、最大の応力が岩盤に作用した場合の状況を推定するため、地下水の岩盤への浸透を無視して解析を実施した。これらの解析に加えて、冠水後に長時間経過した場合における岩盤の応力状態を予測するため、地下水の岩盤への浸透を考慮した場合の解析も実施した。解析の結果、これら坑道の冠水過程において、岩盤にかかる応力は、冠水坑道壁面付近で坑道内の水圧程度まで達することが予測された。

口頭

瑞浪超深地層研究所計画; 深度500m冠水坑道周辺の岩盤力学に関する調査研究

桑原 和道; 尾崎 裕介; 松井 裕哉

no journal, , 

岩盤力学に関する調査研究では、「深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤の整備」に関して、安全評価の観点から、「掘削影響領域の地質環境特性の把握」を個別目標に設定しており、設定された目標に対して、(1)掘削影響領域の範囲の把握、(2)掘削影響領域の物理・力学特性分布の把握、(3)掘削影響領域の応力状態の把握を課題に掲げている。また、地下空洞の設計・施工の観点から、「地下空洞の力学安定性の把握」を個別目標に設定しており、設定された目標に対して、(4)応力場の把握、(5)岩盤の物理・力学特性の把握、(6)不連続構造などの有無の把握を課題に掲げている。第3段階の研究として、再冠水試験に着手しており、この試験の一環として岩盤挙動を計測するシステムを構築し測定を行っている。本報告は、上記の課題に対応して、2014年度に実施した岩盤力学に関する調査研究項目の成果の概要をまとめたものである。深度500m地点においては、円錐孔底ひずみ法による初期応力測定を実施するとともに、再冠水試験の一環として光ファイバ式岩盤変位計の計測結果をまとめた。

口頭

逆解析法を用いた断層の水理特性推定に関する予察検討

尾崎 裕介; 小橋 昭夫; 尾上 博則; 山本 真哉*; 増本 清*

no journal, , 

本研究では数値モデルを用いた逆解析テストにより、水圧データの逆解析による透水係数の推定可能性を検討した。特に地下水流動に大きな影響を及ぼす可能性のある断層の透水係数を推定対象とする数値テストを行った。断層部以外の透水係数および断層の位置に関する情報を先験的に与えた逆解析を実施し、断層部の透水係数の推定の可否を検討した。透水係数を推定する断層の枚数と断層内部の透水係数の自由度を変えた逆解析テストの結果から、推定する断層の枚数および断層内部の自由度に制約を与えることで透水係数の推定精度が向上することを確認した。ただし、推定する全断層の透水係数の確からしさを確保するためには、断層内部の自由度に制約を与えるだけでは不十分であり、推定する断層の枚数が絞り込まれていることが必要であることを確認した。

口頭

平滑化制約を用いた水圧データの大規模逆解析手法の開発

尾崎 裕介; 小橋 昭夫; 尾上 博則

no journal, , 

本研究では、平滑化制約を用いた逆解析による効率的な水理地質構造の推定手法を提案する。水圧の逆解析による透水構造の推定は、広域の地下水流動特性を把握する有効な手法である。他方、推定する範囲が広域であり、かつ断層などの細かな構造を含む場合にはグリッドをある程度細かくして計算する必要があるため計算コストが高い。特に、本研究で適用するガウスニュートン法では、モデルパラメータを推定する際にモデルパラメータ数の大きさからなる行列を含む正規方程式を解く必要がある。そこで、本研究では新たに開発した前処理を施した反復法を用いて正規方程式を解くことにより、比較的低い計算コストで大規模な逆解析を可能とした。開発した手法を、瑞浪超深地層研究所を模擬した数値モデルを用いて数値テストを実施したところ、効率的に透水係数の分布を推定することができた。また、得られた結果は用いた解析モデルと調和的であり本手法の妥当性を検証できた。

口頭

超深地層研究所計画; 再冠水試験に係わる調査研究; 研究坑道の冠水に伴う岩盤変位

桑原 和道; 松井 裕哉; 尾崎 裕介

no journal, , 

第3段階の研究として、再冠水試験に着手しており、岩盤力学に関する調査研究では、光ファイバ式岩盤変位計によって岩盤挙動を計測するシステムを構築し測定を行っている。本報告は、2015年度に実施した再冠水試験に係わる岩盤力学に関する調査研究項目である光ファイバ式岩盤変位計の計測結果をまとめたものである。

口頭

清水建設と原子力機構の共同研究; 逆解析を用いた地下水流動のモデル化・解析に関する研究

尾崎 裕介; 小橋 昭夫; 尾上 博則; 山本 真哉*; 櫻井 英行*; 増本 清*

no journal, , 

本共同研究では、限られた調査データを有効に活用して不均質な水理特性の空間分布を効率的に推定できるように、逆解析を組み込んだ地下水流動特性の評価手法に関する検討を実施している。本稿では推定対象となる断層の数と、その推定条件が解析結果に及ぼす影響の確認及び、水圧観測の位置や観測点数の違いが解析結果に及ぼす影響の確認を目的として実施した数値実験結果についてまとめた。数値実験の結果、水圧変化データを用いた逆解析で透水係数分布の推定精度を向上させるためには、推定対象を絞り込むための事前情報が必要であること、逆解析結果を用いて観測位置を適切に選定することで、限られた観測点数でも逆解析の精度の向上が可能であることを確認した。

口頭

再冠水試験に伴う埋め戻し試験,2; 坑道埋め戻し材の水理学的挙動の重要因子の推定

尾崎 裕介; 尾上 博則; 高山 裕介; 高安 健太郎; 竹内 竜史

no journal, , 

本研究では、瑞浪超深地層研究所の深度500mに位置する冠水坑道で実施しているボーリングピットの埋め戻し試験を対象として、埋め戻し材内部の飽和度変化に影響を与える要因を数値解析を用いて推定した。埋め戻し材の膨潤変形の有無を考慮した解析を実施したところ、埋め戻し材の膨潤特性は飽和度変化にあまり影響しないことを確認した。また、埋め戻し材の透水性に関する解析では、実際に想定される埋め戻し材の透水性よりも100倍高い場合を想定した解析結果においても、定常状態に至るまで200日程度かかり、ピット中心付近では完全に飽和しないことが確認された。これに対し、不飽和特性を変化させた場合の解析では、モーレム定数を大きくした場合に埋め戻し材が数日程度でほぼ飽和することが確認された。これらの結果より、埋め戻し材の不飽和特性が埋め戻し材内部の飽和度変化に影響を与えるパラメータであり、埋め戻し材の飽和度変化を精度よく推定するためには、不飽和特性に関するデータを取得することの必要性が示された。

口頭

表面波計測による結晶質岩の物性評価に向けた基礎的検討

松井 裕哉; 尾崎 裕介; 木本 和志*; 市川 康明*

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の地層処分では、プラグ等の設計の信頼性向上ため、坑道埋戻し後千年以上の坑道周辺岩盤の時間依存挙動の定量的評価が望まれている。一方、岩石中の地下水の化学的な反応が岩盤の長期挙動に影響を及ぼすことが明らかになってきており、この影響評価のため、力学と化学の連成現象をモデル化する手法を開発する必要があること、その際、岩石中のマイクロクラック分布などの情報を定量化する必要があることが課題となっている。本発表では、表面波計測による結晶質岩の物性評価のための基礎的な検討結果について報告する。

口頭

超深地層研究所計画,再冠水試験に係る調査研究; 一部排水・減圧試験に伴う水理学的調査・解析

尾崎 裕介; 小橋 昭夫; 毛屋 博道; 尾上 博則; 竹内 竜史

no journal, , 

瑞浪超深地層研究所では、大規模地下施設の建設・操業により乱された岩盤中の地質環境の回復能力の例示と関連する技術の開発を目的として、深度500mの坑道の一部を地下水で満たす再冠水試験を実施している。平成29年には、坑道の閉鎖状態を保ったまま冠水坑道内の地下水を一部排水し冠水坑道内および周辺岩盤の水圧を減圧する、一部排水・減圧試験を3度実施している。本発表では、一部排水・減圧試験で確認された減圧および水圧回復過程の水圧挙動の再現性に関する報告およびそれらデータを用いて実施した水理構造モデルの推定結果に関して報告する。

口頭

瑞浪超深地層研究所における再冠水試験に係る連成解析; 坑道掘削影響の予測

尾崎 裕介; 石橋 正祐紀; 尾上 博則; 岩月 輝希

no journal, , 

瑞浪超深地層研究所では、大規模地下施設の建設・操業により乱された岩盤中の地質環境特性の回復・定常化過程の知見の蓄積とそれらの調査・解析技術を構築することを目的として、深度500mの坑道の一部を地下水の冠水により閉鎖する再冠水試験を実施している。本研究では、再冠水試験を実施する坑道掘削に伴う地下水の地下水圧・塩化物イオン濃度の変化および岩盤変位に着目した予測解析を実施した。予測解析では、岩盤中の割れ目に起因した不均質性が地質環境の変化に及ぼす影響を評価するとともに、予測結果と坑道掘削中に取得した観測データとの比較を行い、岩盤の水理学的な不均質性のモデル化に関する課題を抽出した。

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