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報告書

掘削体積比エネルギーを用いた原位置岩盤物性評価に関する研究(共同研究)

引間 亮一*; 平野 享*; 山下 雅之*; 石山 宏二*; 丹野 剛男*; 真田 祐幸; 佐藤 稔紀

JAEA-Research 2013-040, 51 Pages, 2014/03

JAEA-Research-2013-040.pdf:6.86MB

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では、岩盤の力学特性や初期応力状態を評価して岩盤力学モデルを構築し、坑道掘削時の力学的安定性を評価するとともに、岩盤の長期的な挙動を評価することが重要な課題とされている。坑道掘削前のボーリングコアなど限られた情報からでは、割れ目を含む原位置岩盤の力学特性を精度よく評価することは困難であるため、原位置岩盤の力学特性を簡便で精度よく把握する手法として、掘削機械の掘削データから得られる掘削体積比エネルギーに基づく原位置岩盤物性評価手法に関する研究を実施した。その結果、以下の知見を得た。(1)基礎実験から得られたSEによる強度推定式より、原位置の岩盤強度を概ね正しく評価することができ、その誤差は20$$sim$$30%であった。(2)基礎実験から得られた削孔速度による強度推定式では、岩盤強度を正しく評価できないことがわかった。(3)1つの推定式からより広範囲の岩盤強度を算出できる可能性を示した。本報告書は、2010年度$$sim$$2012年度の3年間で実施した共同研究の成果をまとめたものである。

論文

瑞浪超深地層研究所における油圧式削岩機を用いた岩盤特性評価

引間 亮一*; 平野 享*; 山下 雅之*; 石山 宏二*; 佐藤 稔紀; 真田 祐幸; 丹野 剛男

平成25年度(2013年)資源・素材学会秋季大会講演集, p.247 - 248, 2013/08

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研究アクセス北坑道の掘削において、油圧式削岩機の掘削データを取得して掘削体積比エネルギーに基づく原位置岩盤評価を試みた。その結果、掘削体積比エネルギーは岩盤の状態を表す岩盤等級やRQDとおおむね同様の傾向を示し、特に一軸圧縮強度と強い相関を示すことが確認できた。さらに、日常の施工データを用いることで岩盤の連続的な性状を示すことができ、その性状は切羽観察記録とおおむね対応していることが確認できた。

論文

北海道北部、幌延地域に分布する新第三紀堆積岩中の炭化水素ガスの分子組成と炭素同位体組成

舟木 泰智; 石山 宏二*; 早稲田 周*; 加藤 進*; 渡辺 邦夫*

地学雑誌, 121(6), p.929 - 945, 2012/12

炭化水素ガスの分子組成と炭素同位体組成は、その生成,移動,集積に関する情報を持っている。そのため、これらは堆積岩の透過性を評価するための指標となることが期待される。本研究では、北海道北部の幌延地域に分布する新第三紀の堆積岩の透気特性を把握するために、ボーリングコアを用いたヘッドスペースガス分析を実施した。その結果、以下のような知見が得られた。(1)炭化水素ガスは、二酸化炭素還元反応などのメタンの生成反応と嫌気的メタン酸化反応といった堆積時から現在までの微生物の活動に伴う同位体分別によってもたらされた可能性が示唆される。(2)隆起・侵食時以降に高透水性の断層が発達し、開放的な環境が形成された可能性がある断層の近傍層準では、微生物起源の炭化水素ガスが移動,放出することに伴う同位体分別が生じた可能性も示唆される。(3)ヘッドスペース法による炭化水素ガスの分析は、調査地域の水理地質特性の変遷と併せた検討を通じて、地層の長期閉じ込め性評価のための指標となり得る可能性が期待できる。

論文

原位置岩盤物性評価のための掘削体積比エネルギー利用について; 瑞浪超深地層研究所における研究計画

引間 亮一; 佐藤 稔紀; 真田 祐幸; 丹野 剛男; 平野 享*; 山下 雅之*; 石山 宏二*

平成23年度(2011年)資源・素材学会秋季大会講演集, p.265 - 266, 2011/09

地層処分技術に関する研究開発では、坑道掘削時の力学的安定性評価を行うことに加えて、岩盤の長期的な挙動を評価することが重要となっている。さらに、坑道掘削後には掘削影響領域が生じ、地下水や物質の選択的な移行経路になることも想定される。しかし、坑道掘削前の岩芯など限られた情報からでは、力学特性や割れ目の分布などの不確実性を伴う原位置岩盤を正確に評価することは困難であり、広範囲にわたる地下施設では、すべての位置を精密な原位置調査を実施することは現実的でない。一方、岩盤性状の変化は削岩機やTBMの掘削データから推定できることが以前から知られており、掘削体積比エネルギーが岩盤性状を現す一つの指標として提案されている。本報告では、既存文献から掘削体積比エネルギーを用いて掘削影響領域を評価できる可能性を示した。掘削体積比エネルギーは、施工時の掘削機械のデータから算出できるため、トンネル線形に沿った連続したデータとして取得でき、広範囲にわたる原位置での岩盤物性や掘削影響領域を評価することができる可能性は高いと期待される。

口頭

掘削体積比エネルギーを用いた原位置岩盤物性評価に関する研究

引間 亮一; 丹野 剛男; 真田 祐幸; 松井 裕哉; 佐藤 稔紀; 平野 享*; 山下 雅之*; 石山 宏二*

no journal, , 

地層処分技術に関する研究開発では、坑道掘削時の力学的安定性評価を行うことに加えて、岩盤の長期的な挙動を評価することが重要となっている。しかし、坑道掘削前の岩芯など限られた情報からでは、力学特性や割れ目の分布などの不確実性を伴う原位置岩盤を正確に評価することは困難であり、広範囲に渡る地下施設では、すべての位置を精密な原位置調査を実施することは現実的でない。一方、岩盤性状の変化は削岩機やTBMの掘削データから推定できることが以前から知られており、掘削体積比エネルギーが岩盤性状を現す一つの指標として提案されている。本報告では、既存文献から掘削体積比エネルギーを用いて掘削影響領域を評価できる可能性を示した。掘削体積比エネルギーは、施工時の掘削機械のデータから算出できるため、トンネル線形に沿った連続したデータとして取得でき、広範囲に渡る原位置での岩盤物性や掘削影響領域を評価することができる可能性は高いと期待される。

口頭

ハンドドリルを用いた岩盤特性評価法の検討

引間 亮一; 佐藤 稔紀; 真田 祐幸; 丹野 剛男; 平野 享*; 山下 雅之*; 石山 宏二*; 福井 勝則*

no journal, , 

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では、岩盤の力学特性や初期応力状態を評価して力学モデルを構築し、坑道掘削時の力学的安定性を評価するとともに、長期的な挙動を評価することが重要である。しかし、坑道掘削前の岩芯など限られた情報からでは、割れ目を含む原位置岩盤の力学特性を正確に評価することは困難であり、また広範囲に渡る地下空洞では、すべての位置を網羅した調査を実施することは現実的でない。このため原位置岩盤の力学特性を簡便で精度よく把握する手法の開発が求められている。本報告では、瑞浪超深地層研究所で採取されたあらかじめ物性値が取得されているボーリングコアを用いてハンドドリルによる削孔試験を行い、原位置で同一削孔条件によるハンドドリル削孔を行うことで原位置での岩盤強度を評価することができる可能性を示した。ハンドドリルによる削孔は原位置で容易に行うことができ、原位置での岩盤物性を評価することができる可能性が高いと期待される。

口頭

掘削体積比エネルギーを用いた原位置岩盤物性評価に関する研究

引間 亮一; 丹野 剛男; 真田 祐幸; 佐藤 稔紀; 平野 享*; 山下 雅之*; 石山 宏二*

no journal, , 

超深地層研究所計画の岩盤力学に関する調査研究では、坑道掘削時の力学的安定性及び岩盤の長期挙動を評価するために必要な岩盤の力学特性を原位置で簡便に測定可能な調査手法の構築を目指している。その一環として西松建設と共同で岩盤の力学特性を削岩機などの掘削機械の削孔データから推定する手法の開発を実施しており、基礎実験としてハンドドリルによる削孔時の掘削体積比エネルギーと岩石試料の一軸圧縮強度とを比較した。その結果、ハンドドリルの削孔から得られる掘削体積比エネルギーにより一軸圧縮強度を推定できることを確認した。

口頭

掘削体積比エネルギーを用いた原位置岩盤物性評価に関する研究

引間 亮一*; 平野 享*; 山下 雅之*; 石山 宏二*; 佐藤 稔紀; 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。本ポスターでは、瑞浪超深地層研究所の深度500m研究アクセス北坑道の掘削において、油圧式削岩機の掘削データを取得して掘削体積比エネルギーに基づく原位置岩盤評価を試みた。その結果、掘削体積比エネルギーは岩盤の状態を表す岩盤等級やRQDと概ね同様の傾向を示し、特に一軸圧縮強度と強い相関を示すことが確認できた。さらに、日常の施工データを用いることで岩盤の連続的な性状を示すことができ、その性状は切羽観察記録と概ね対応していることが確認できた。

口頭

掘削体積比エネルギーを用いた掘削損傷領域評価の試みについて

佐藤 稔紀; 真田 祐幸; 引間 亮一*; 平野 享*; 山下 雅之*; 石山 宏二*

no journal, , 

瑞浪超深地層研究所では、深度500mアクセス北坑道の掘削の際に、油圧式削岩機のデータを取得して掘削体積比エネルギーに基づく原位置岩盤評価を試みている。本報告では、掘削体積比エネルギーの深度分布を示すことで、掘削損傷領域を推定できる可能性を示した。

口頭

掘削サイクルにおける施工データを用いた掘削体積比エネルギーに基づく岩盤評価の試み

引間 亮一*; 平野 享*; 山下 雅之*; 石山 宏二*; 佐藤 稔紀; 真田 祐幸

no journal, , 

瑞浪超深地層研究所では、深度500m研究アクセス北坑道の掘削の際に、油圧式削岩機のデータを取得して掘削体積比エネルギーに基づく原位置岩盤評価を試みた。本報告では、坑道掘削の際の装薬孔データから求めた掘削体積比エネルギーと切羽観察結果を比較し、掘削体積比エネルギーの分布は切羽観察記録による岩盤等級の分布と対応することを示した。

口頭

掘削体積比エネルギーを用いた掘削損傷領域評価について

佐藤 稔紀; 真田 祐幸; 引間 亮一*; 平野 享*; 山下 雅之*; 石山 宏二*

no journal, , 

瑞浪超深地層研究所では、深度500m研究アクセス北坑道の掘削の際に、油圧式削岩機の削孔データを取得して掘削体積比エネルギーに基づく原位置岩盤評価を試みている。既報では、掘削体積比エネルギーの深度分布を示すことで、掘削損傷領域を推定できる可能性を示した。本報告では、ボーリングコアの地質観察の結果や限界振動速度から推定される発破損傷領域との比較を通じて、推定される掘削損傷領域の妥当性を確認した。

口頭

温度変化を考慮したベントナイト緩衝材の膨潤量の計測について

佐藤 文啓*; 金澤 伸一*; 林 久資*; 高山 裕介; 石山 宏二*

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の地層処分における人工バリアとその周辺岩盤を含むニアフィールド環境では、ガラス固化体に含まれる核種の崩壊熱やベントナイト緩衝材内への地下水侵入などの現象が相互に影響し合う熱-水-応力の連成プロセスが進行すると考えられる。この連成プロセスにおけるベントナイト緩衝材の力学挙動を解析により評価するためには、力学特性に与える温度や飽和度の影響を実験により把握し、これらの影響を反映できる構成モデルを構築する必要がある。そこで本研究では、ベントナイトの膨潤特性と温度の関係を把握するために、供試体を浸漬した保温水槽の水の温度を制御できる膨潤量試験装置を製作し、温度をパラメータとした膨潤量試験を実施した。その結果、温度が高いほどベントナイトの膨潤性が大きいことが示された。

口頭

釜石鉱山における東北地方太平洋沖地震前後の弾性波速度の変化について

引間 亮一*; 吉野 修*; 平野 享*; 石山 宏二*; 森田 豊; 杉田 裕; 佐野 修*

no journal, , 

本報告は、巨大地震・断層活動が地下深部の地質環境へ与える影響の調査・評価手法開発に資するために実施した事例調査の1つである。東北地方太平洋沖地震の震源に近い岩手県釜石鉱山の坑道内で20年以上計測を継続している弾性波計測データのうち、2005年から2014年の期間について、比較的規模の大きな地震前後での弾性波速度の変化について分析を行った結果を報告するものである。

口頭

高精度弾性波測定システムを利用した地下水流動変化の原位置計測

松井 裕哉; 石山 宏二*; 吉野 修*; 引間 亮一*; 佐ノ木 哲*; 林 邦彦*; 高橋 昌弘*; 里 優*

no journal, , 

本研究は、地下水流動状況変化の把握に対する高精度弾性波速度測定の適用性を検討するため、西松建設と原子力機構との共同研究として実施したものである。高精度弾性波速度計測は、瑞浪超深地層研究所における再冠水試験場所の近傍で実施し、再冠水試験坑道からの全排水開始時から約3ヶ月間実施した。計測の結果、地下水流動場の変化に伴う弾性波速度の変化が認められ、高精度弾性波測定が地下水流動場の変化の把握に適用できる見通しが得られた。

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