Evaluation of the excavation disturbed zone of sedimentary rock in the Horonobe Underground Research Laboratory

窪田 健二*; 青柳 和平; 杉田 裕

Proceedings of 2019 Rock Dynamics Summit in Okinawa (USB Flash Drive), p.729 - 733, 2019/05

高レベル放射性廃棄物の地層処分場の建設時には、坑道周辺に掘削影響領域が形成される。この領域の存在により、岩盤内の核種の移行挙動に影響が生じるため、掘削影響領域の理解は重要である。掘削影響領域の評価のために、本研究では、幌延深地層研究センターの深度140mおよび250m調査坑道において、坑道掘削前、掘削中、および掘削後に原位置試験を実施した。結果として、140m調査坑道では、坑道掘削により生じた割れ目が0.45mの範囲まで発達しており、250m調査坑道では、約1mの範囲まで発達していることが分かった。また、不飽和領域に関しては、140m調査坑道では約1m発達したが、250m調査坑道ではほとんど発達していないことがわかった。

Development of a design support system for geological disposal of radioactive waste using a CIM concept

杉田 裕; 蔭山 武志*; 牧野 仁史; 新保 弘*; 羽根 幸司*; 小林 優一*; 藤澤 康雄*; 蒔苗 耕司*; 矢吹 信喜*

Proceedings of 17th International Conference on Computing in Civil and Building Engineering (ICCCBE 2018) (Internet), 8 Pages, 2018/06

https://icccbe2018.exordo.com/files/papers/337/final_draft/iSRE_20180507_Sugita_et_al.pdf

本論文は、原子力機構が開発を進めている、地層処分場の設計を合理的に行う設計支援システム(Integrated System for Repository Engineering: iSRE)の開発状況について国際学会において発表するものである。本システム開発の基本的な考え方として、共通のデータモデルを介してプロジェクトの3次元モデル及び関連データを共有するCIM技術を利用している。本論文では、処分事業期間における設計の繰り返しに代表される工学技術についての情報管理の特徴に適合する設計支援システムとして、"iSRE"の機能の検討・設計とプロトタイプの構築、および処分事業で実際に想定される作業を模擬した試行を通じての機能確認について示した。その結果、工学技術に関する情報管理の基礎となり得ると考え検討・設計・試作したiSREのDB機能について、期待していた機能を発揮できる見通しを得るとともに、実用化に向けた課題を抽出した。

Mechanical and rheological characteristics of the siliceous mudstone at the Horonobe Underground Research Laboratory site

羽柴 公博*; 福井 勝則*; 杉田 裕; 青柳 和平

Proceedings of ITA-AITES World Tunnel Congress 2017 (WTC 2017) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2017/06

珪藻質泥岩や珪質泥岩の岩盤の地下に構造物を建設するあるいはその長期安定性を評価するためには、これらの岩石の力学および粘性特性を理解することが重要である。本研究では、珪質泥岩である稚内層の岩石を対象にさまざまな試験(圧縮試験, クリープ試験, 応力緩和試験, 乾燥収縮試験, スレーキング試験)を行った。試験の結果から、本岩石の力学および粘性特性に対して水分が大きな影響を与えることが分かった。加えて、幌延の地下研の現場での水分計測結果との比較から、坑道の力学的安定性の考察を行った。

低アルカリ性セメント(HFSC)を使用したコンクリートの基本特性

瀬野 康弘*; 中山 雅; 杉田 裕; 棚井 憲治; 藤田 朝雄

JAEA-Data/Code 2016-011, 164 Pages, 2016/11

JAEA-Data-Code-2016-011.pdf:8.45MB
JAEA-Data-Code-2016-011-appendix(CD-ROM).zip:0.1MB

地下300m以深への地層処分が定められている高レベル放射性廃棄物(HLW)の処分場の坑道などの支保工にはコンクリートの使用が想定されている。一般に、OPCを用いたコンクリートの浸出水のpHは1213を呈する。一方、緩衝材に用いられているベントナイトはpH約11以上の高アルカリ環境で変質し膨潤性能が低下する恐れがあり、これらのバリア機能が阻害される可能性が指摘されている。したがって、HLW処分場の支保工に使用されるセメント系材料にはバリア機能は求められていないものの、他のバリア機能を阻害しないこと、すなわち、低アルカリ性が求められている。原子力機構では、セメント系材料の低アルカリ化を目指し、コンクリートの浸出水のpHを11程度以下にすることを目標とし、OPCにシリカフュームとフライアッシュを混合させた低アルカリ性セメント(HFSC)を開発した。HFSCのHLW処分場用支保工材料への適用性に関する研究は、幌延深地層研究センターの深度140m, 250mおよび350mの水平坑道において施工を行い適用の目途を得ている。本資料は、HFSCのこれまでに実施した種々の配合試験で得られたHFSCコンクリートのフレッシュ性状や硬化物性値等について整理した。

低アルカリ性セメント系材料の長期浸漬試験

瀬野 康弘*; 野口 聡*; 中山 雅; 杉田 裕; 須藤 俊吉; 棚井 憲治; 藤田 朝雄; 佐藤 治夫*

JAEA-Technology 2016-011, 20 Pages, 2016/07

JAEA-Technology-2016-011.pdf:7.56MB

放射性廃棄物の地層処分では、地下施設の建設にセメント系材料の使用が想定されている。一般に、土木・建築分野で使用されている普通ポルトランドセメント(以下、OPC)を用いた場合、セメント起源の高アルカリ性間隙水(pH=12.5以上)が浸出し、周辺の緩衝材や岩盤の性能を低下させる可能性がある。そこで、セメント系材料に起因する浸出水のpHを低下させることを目的として、低アルカリ性セメントが開発されている。日本原子力研究開発機構では、低アルカリ性セメントの候補として、フライアッシュ高含有シリカフュームセメント(High-volume Fly ash Silica fume Cement、以下、HFSC)を開発した。これまでに幌延深地層研究センター地下研究施設の坑道で、HFSCを用いた吹付けコンクリートの原位置施工試験を通じ、吹付けコンクリートとしての施工性を確認してきた。本報告は、実際の地下施設の施工において適用可能と考えられる配合で作製されたHFSCセメントペースト硬化体について、その長期的なpH挙動を把握することを主な目的として実施している浸漬試験について、これまでに得られた結果をまとめたものである。

幌延深地層研究計画における人工バリア性能確認試験; 坑道の埋め戻し材に関する検討

中山 雅; 大野 宏和; 棚井 憲治; 杉田 裕; 藤田 朝雄

JAEA-Research 2016-002, 280 Pages, 2016/06

JAEA-Research-2016-002.pdf:16.21MB

幌延深地層研究計画では、平成26年度から第3段階の調査研究として、幌延深地層研究センターの地下施設(以下、幌延URL)の350m調査坑道(試験坑道4)において、人工バリア性能確認試験を実施している。人工バリア性能確認試験は、幌延の地質環境をひとつの事例に、処分孔竪置き方式を対象として実規模の人工バリアを設置し、実環境下において人工バリア定置後の再冠水までの過渡期の現象を評価することを目的としている。具体的には、(1)地層処分研究開発の第2次取りまとめで示した処分概念が実際の地下で構築できることの実証、(2)人工バリアや埋め戻し材の設計手法の適用性確認、(3)熱-水-応力-化学連成挙動に関わる検証データの取得、である。本報告では、人工バリア性能確認試験において、試験坑道4の一部を埋め戻す際に使用する埋め戻し材について検討した。具体的には、幌延URLの坑道掘削により生じた掘削土(ズリ)とベントナイトを混合した材料の、基礎物性の把握、施工方法による目標乾燥密度の設定および狭隘な試験坑道を想定した施工性確認試験などを行い、人工バリア性能確認試験における埋め戻し材の使用を決定した。その結果、坑道下半部は埋め戻し材の撒き出し転圧締め固めにより乾燥密度1.2Mg/m、坑道上半部は乾燥密度1.4Mg/mの埋め戻し材ブロックを設置することにより、埋め戻し材の要件として設定した透水性および膨潤圧を確保できることを確認した。

地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究; 平成23年度成果報告(共同研究)

中司 昇; 佐藤 治夫; 棚井 憲治; 杉田 裕; 中山 雅; 澤田 純之*; 新沼 寛明*; 朝野 英一*; 斉藤 雅彦*; 吉野 修*; et al.

JAEA-Research 2013-027, 34 Pages, 2013/11

JAEA-Research-2013-027.pdf:5.84MB

原子力機構と原子力環境整備促進・資金管理センターは、原子力環境整備促進・資金管理センターが受注した「地層処分実規模設備整備事業」の工学技術に関する研究を共同で実施するため、「地層処分実規模設備整備事業における工学技術に関する研究」について共同研究契約を締結した。本共同研究は深地層研究所(仮称)計画に含まれる地層処分研究開発のうち、処分システムの設計・施工技術の開発や安全評価手法の信頼性確認のための研究開発の一環として実施されている。本報告は、上記の共同研究契約にかかわる平成23年度の成果についてまとめたものである。具体的成果としては、平成20年度に策定した全体計画に基づき、ブロック式緩衝材定置試験設備の一部を製作した。また、製作済みの緩衝材定置試験設備や実物大の緩衝材ブロック等の公開を継続するとともに、緩衝材可視化試験を実施した。

幌延深地層研究所における珪藻質泥岩を対象とした水圧破砕法による初期地圧の測定

近藤 桂二; 津坂 仁和; 稲垣 大介; 杉田 裕; 加藤 春實*; 丹生屋 純夫*

第13回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.583 - 588, 2013/01

日本原子力研究開発機構は、北海道幌延町において新第三紀堆積軟岩を対象に地下研究施設を建設中である。本研究地域には上位から声問層(珪藻質泥岩),稚内層(珪質泥岩)が堆積し、南北走向の背斜軸に近い翼部に位置する。初期地圧の測定は、地下施設建設前に地上からの調査として鉛直深層ボーリング孔を利用した水圧破砕法により行い、その後、地下施設建設時に地上調査結果の妥当性の確認を目的として、これまでに声問層の深度140mで2地点、深度250mで3地点の計5地点にて、水圧破砕法により初期地圧を測定した。その結果、地層境界付近では、鉛直下向きを主応力の一つとし、鉛直応力を土被り圧と仮定した地上調査結果とは整合せず、初期地圧測定の際には地質境界に留意する必要があることが示唆された。

Mine-by experiment in a deep shaft in Neogene sedimentary rocks at Horonobe, Japan

真田 祐幸; 中村 隆浩*; 杉田 裕

International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 56, p.127 - 135, 2012/12

https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2012.07.029

坑道周辺に発生する掘削影響は、性能評価及びプラグやグラウト等の閉鎖技術の仕様に関連する重要な検討事項である。本論文では、堆積岩に設けられた坑道周辺岩盤の水理学的な変化及び力学的な変化を把握するために実施された幌延深地層研究所での立坑掘削影響試験の結果について記した。BTV観察結果によると、坑道掘削に伴う側方応力解放による損傷(ブレイクアウト)が掘削後に生じた。孔内載荷試験結果によると、ボーリング孔自体の損傷に伴い全体的に弾性・変形係数が低下し、立坑壁面の1m以内で大きな低下を示した。地中変位計測では、最小主応力方向並びに既存亀裂と平行な領域が大きく変形した。透水試験では、掘削後に立坑壁面1m以内で1オーダー増加し、力学試験から推定された掘削影響範囲とおおむね一致した。

岩石の強度回復特性・一般化応力緩和挙動に関する研究,5

真田 昌慶; 岸 裕和*; 杉田 裕; 林 克彦*; 武部 篤治*; 大久保 誠介*

JAEA-Research 2012-025, 130 Pages, 2012/09

JAEA-Research-2012-025.pdf:4.12MB

本研究では、「強度回復試験」,「一般化応力緩和試験」,「引張強度試験」を、稚内層珪質泥岩を用いて実施した。その結果、強度回復を表す構成方程式で適切な定数の値を用いることにより、押し込み試験での軸応力の変化を表現できることを示した。一般化応力緩和挙動については気乾状態と湿潤状態で試験を行った。粘弾性的な挙動は、気乾状態よりも湿潤状態の方が、また、一般化応力緩和試験を開始するまでの載荷速度が大きいほど顕著であることがわかった。さらに引張特性については圧裂引張試験と一軸引張試験を実施した。圧裂引張強度については層理面に対する載荷方向の影響が大きいことがわかった。