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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。

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; 2014年度(委託研究)

市川 康明*; 木本 和志*; 佐藤 稔紀; 桑原 和道; 高山 裕介

JAEA-Research 2015-025, 31 Pages, 2016/03

JAEA-Research-2015-025.pdf:13.0MB

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、研究坑道を利用した調査研究段階(第3段階)においては、重点的に取組むべき課題でもある。平成27年度は、昨年度に引き続き、結晶質岩のマイクロクラックによる、超音波の散乱減衰挙動を調べるための数値解析および計測技術の開発を行った。実験は万成花崗岩を用い、水中でヘッドウェーブを、空気中でレーザー振動計を用いて表面波の計測を行った。一方、数値シミュレーションでは、FDTD法(時間領域差分法)による弾性波の伝播散乱解析を実施した。シミュレーションの予想と実験結果に有意な差があり、この原因として、マイクロクラックおよび造岩鉱物の結晶異方性の影響が考えられる。そのため、これらの2点の影響について更に検討を行う必要があることが明らかとなった。

報告書

超深地層研究所計画,年度報告書; 2014年度

濱 克宏; 見掛 信一郎; 石橋 正祐紀; 笹尾 英嗣; 桑原 和道; 上野 哲朗; 大貫 賢二*; 別府 伸治; 尾上 博則; 竹内 竜史; et al.

JAEA-Review 2015-024, 122 Pages, 2015/11

JAEA-Review-2015-024.pdf:80.64MB

日本原子力研究開発機構東濃地科学センターでは、「地層処分技術に関する研究開発」のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本計画は、「第1段階; 地表からの調査予測研究段階」、「第2段階; 研究坑道の掘削を伴う研究段階」、「第3段階; 研究坑道を利用した研究段階」の3段階からなり、2014年度は、2014年2月における深度500mステージの研究坑道の掘削工事の完了に伴い、超深地層研究所計画における深度500mまでの第2段階の調査研究を一旦終了し、これまで実施してきた各種モニタリングを含め、物質移動試験や再冠水試験等の第3段階の調査研究を進めた。本報告書は、2014年度に実施した調査研究、施設建設、共同研究等の成果を取りまとめたものである。

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; 2014年度(委託研究)

福井 勝則*; 羽柴 公博*; 佐藤 稔紀; 桑原 和道; 高山 裕介

JAEA-Research 2015-015, 61 Pages, 2015/11

JAEA-Research-2015-015.pdf:5.52MB

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。この課題を受け、調査研究開発を進めてきた。試験は中断することなく、試験期間は17年を越えた。また、湿潤状態かつ常温から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。さらに、室内試験結果と地圧測定結果を用いて、三軸応力下での岩石の長期強度について検討した。

報告書

超深地層研究所計画(岩盤力学に関する調査研究)深度500mにおける岩盤力学調査

桑原 和道; 佐藤 稔紀; 真田 祐幸; 高山 裕介

JAEA-Research 2015-005, 378 Pages, 2015/07

JAEA-Research-2015-005.pdf:125.5MB
JAEA-Research-2015-005.zip:0.53MB

本報告は、岩盤力学に関する調査研究のうち応力場の把握および岩盤の物理・力学特製の把握を目的として、瑞浪超深地層研究所の深度500mの研究坑道で実施した、深度500mを対象とした室内物理・力学試験、深度500mにおける円錐孔底ひずみ法による初期応力測定、深度500mにおけるDSCA法による初期応力測定、岩盤力学モデルの構築の成果を取りまとめたものである。

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; 2013年度(委託研究)

市川 康明*; 木本 和志*; 佐藤 稔紀; 真田 祐幸; 桑原 和道

JAEA-Research 2014-027, 25 Pages, 2015/02

JAEA-Research-2014-027.pdf:16.92MB

岩石や岩盤は、クリープや応力緩和などの時間依存的挙動を示すことが知られており、その性質を把握することは長期の力学的安定性を評価するための重要な課題となる。これまでの研究より、長期挙動に影響をおよぼす力学と化学の連成現象をモデル化・解析する手法を開発することが課題として抽出された。この連成現象にも影響をおよぼすマイクロクラックの評価については、長期岩盤挙動研究において重点的に取組むべき課題でもある。本研究は、結晶質岩のマイクロクラックによる、超音波の散乱減衰挙動を調べるための数値解析および計測技術の開発を行ったものである。数値解析には、FDTD法(時間領域差分法)を用い、二重節点(split node)により、亀裂をモデル化した。開発したシミュレーション手法によって弾性波モデリングの上で有用な知見が得られることが分かった。一方、計測技術の開発である超音波計測では、接触型超音波探触子により入射波を岩石試料中に送信し、受信はニードルハイドロフォンの位置を精密に制御しながら水中で計測を行う水浸法によって行った。その結果、岩石試料中の弾性波の散乱減衰を評価するために有用な情報を取得できることが分かった。

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; 2013年度(委託研究)

福井 勝則*; 羽柴 公博*; 佐藤 稔紀; 真田 祐幸; 桑原 和道

JAEA-Research 2014-020, 50 Pages, 2014/11

JAEA-Research-2014-020.pdf:2.8MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分時においては、長期にわたる坑道の安定性の評価が要求される。このため、岩石や岩盤の時間依存性挙動を把握することは、坑道の長期安定性を評価する上で重要な課題である。そこで、岩石や岩盤の時間依存性挙動を、精密な試験や観察・計測から直接的に検討する手法(現象論的方法)で解明し、岩盤構造物の長期挙動予測評価手法を開発する研究を行ってきた。本報告書は、2013年度に実施した岩石や岩盤の時間依存性挙動に関する研究をまとめたものである。第1章では、研究内容とその背景を概括した。第2章では、1997年度から16年間継続している田下凝灰岩のクリープ試験結果について報告した。第3章では、結晶質岩の時間依存性挙動把握のためのデータの整理と分析結果について報告し、このデータの利用方法の一つの例として、時間依存性を考慮した岩盤分類について考察した。第4章では原位置試験計画の策定のため、原位置岩盤の数値解析手法の向上に関する検討を行った。

口頭

瑞浪超深地層研究所の深度500mにおける円錐孔底ひずみ法による初期応力測定結果について

桑原 和道; 高山 裕介; 真田 祐幸; 佐藤 稔紀; 丹野 剛男*; 板本 昌治*; 加藤 春實*

no journal, , 

日本原子力研究開発機構では、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発の一環として、超深地層研究所計画を進めている。本報告では、瑞浪超深地層研究所の深度500mの水平坑道において実施した初期応力測定の結果を紹介する。2本のボーリング孔を利用した円錐孔底ひずみ法による初期応力測定の結果、水平面内の最大主応力は15MPaで最大主応力の方位はほぼN-S方向であることがわかった。この初期応力は地表からの調査で実施した初期応力測定結果と整合的であった。

口頭

超深地層研究所計画; 岩盤力学に関する調査研究

高山 裕介; 佐藤 稔紀; 桑原 和道; 真田 祐幸

no journal, , 

日本原子力研究開発機構では、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発の一環として、超深地層研究所計画を進めている。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、これらの目標に対して、課題に掲げ研究を進めている。本報告では、これらの研究のうち、(1)瑞浪超深地層研究所の深度500mレベル坑道において実施した円錐孔底ひずみ法による初期応力測定結果、(2)再冠水試験の一環として実施している光ファイバ式岩盤変位計を用いたモニタリング結果、(3)クラックテンソルによる等価連続体モデルに関する検討結果について報告する。

口頭

地下深部の花崗岩に分布するマイクロクラックとその影響に関する検討

佐藤 稔紀; 桑原 和道; 高山 裕介; 丹野 剛男*; 板本 昌治*; 加藤 春實*

no journal, , 

日本原子力研究開発機構では、岐阜県瑞浪市の瑞浪超深地層研究所において深部地質環境に関する調査研究を実施している。研究所は2本の立坑と複数の水平坑道群からなる地下施設で、現在、深度500mまで掘削が進んでいる。研究の対象は花崗岩であり、複数の鉱物から構成される花崗岩には方向によって卓越するマイクロクラックが存在し、発破やボーリングによる応力解放によって、これらが弾性的あるいは非弾性的な挙動を示すことがある。本報告では、深度500mで実施した初期応力測定(円錐孔底ひずみ法)、コアを用いた一軸繰返し試験および詳細な弾性波速度測定の結果を示し、岩石に含まれるマイクロクラックが初期応力や物性値に与える影響について検討した結果を示す。

口頭

瑞浪超深地層研究所の深度500m冠水坑道における円錐孔底ひずみ法による初期応力測定結果について

桑原 和道; 佐藤 稔紀; 高山 裕介; 丹野 剛男*; 加藤 春實*; 板本 昌治*

no journal, , 

日本原子力研究開発機構では、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発のうち、深地層の科学的研究の一環として、超深地層研究所計画を段階的に進めている。大規模な地下施設の設計・建設をするうえでは、岩盤の初期応力状態を把握することは大変重要である。そのため、岩盤力学に関する調査研究として、岩盤の初期応力状態の評価手法の開発に取り組んでいる。これまで、地表からは水圧破砕試験による初期応力測定を実施し、研究坑道掘削時には、深度100, 200, 300, 500mの研究坑道において円錐孔底ひずみ法による測定を実施してきた。本報告では、調査研究の一つである、再冠水試験(坑道閉鎖時の地質環境特性の回復過程を理解するための試験)を行う深度500m冠水坑道周辺の健岩部の初期応力状態および坑道壁面付近の応力状態把握のために実施した円錐孔底ひずみ法による応力測定結果について示す。初期応力状態は、最大主応力値はこれまでの同深度の測定結果と同程度であるが、最大主応力の方向については、水平面から約60$$^{circ}$$と鉛直に近かった。さらに、空洞掘削による岩盤応力への影響範囲は壁面から3m程度であることが明らかになった。また、数値解析を行いコアディスキングの発生条件についても検討した。

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

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。

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