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論文

幌延地域に分布する珪質岩を対象とした間隙弾性パラメータの取得と室内試験法の提案

宮澤 大輔*; 真田 祐幸; 木山 保*; 杉田 裕; 石島 洋二*

Journal of MMIJ, 127(3), p.132 - 138, 2011/03

間隙弾性論は、岩盤中の空隙が水で飽和された状態において、水の流入・流出が生じた際の岩盤の変形や応力変化を説明する理論であり、岩盤と水の連成現象を表現できる。現在、北海道幌延町で進めている幌延深地層研究所に分布する新第三紀堆積岩は、多孔質・低透水性であり高い飽和度を示す。国内の他の地域に分布する新第三紀堆積岩においても似たような特性を持つ岩盤は少なくない。このような性質を持つ岩盤に構造物を設けると、岩盤内部に存在する多量の水が消散しにくくなるため、岩盤と水の連成現象が生じる可能性があり、間隙弾性論に基づいた評価が構造物の合理的な設計・施工に有効と考えられる。本論文では、間隙弾性パラメータを決定するための室内試験方法の構築と幌延地域に分布する珪質岩の間隙弾性パラメータの決定を行った。1回の三軸圧縮試験で複数の間隙弾性パラメータを効率的に取得できるように試験フローを工夫した。その試験に基づき取得されたパラメータは、既存研究で得られた泥岩等の間隙弾性パラメータと比較的近くおおむね妥当な値が得られたと判断した。

報告書

軟弱な堆積地層における力学的な初期状態と施工性の評価システムの開発

石島 洋二*; 藤井 義明*; 川北 稔*; 中間 茂雄; 松井 裕哉

JNC-TY7400 2004-002, 91 Pages, 2003/03

JNC-TY7400-2004-002.pdf:3.33MB

強度と剛性が小さい軟岩は、わが国にはかなり広く分布している。軟岩を対象としたトンネルなどの岩盤構造物の建設は、岩盤の破壊と著しい変形を伴うので、一般に、作業が困難で維持も容易でない。この問題を克服する合理的な方法は、軟岩の強度・剛性などの力学的特性と軟岩が地山で置かれている初期地圧などの力学的な初期状態を明らかにし、岩盤構造物の建設に伴う力学的な擾乱を正確に予測する手法を確立し、それに基づいて設計・施工をすることである。しかしながら、軟岩の初期地圧や地山強度に関する情報は、測定が困難であるために、従来ほとんど得られていない。 本研究は、このような状況に鑑み、軟岩を対象として1本のボーリングによって地圧と岩石の強度変形特性、ならびに孔周辺の緩み範囲と孔の時間依存性の変形を計測するシステムを開発した。幌延の珪藻質泥岩を対象に計測システムの有効性を確認するための原位置計測を行った。本報告は研究で得られた多くの知見を報告するものである。

論文

Development of Stress Measuring System by Overcoring Method Suitable for Soft Rocks

Ghimile, H. N.*; 石島 洋二*; 菅原 隆之*; 中間 茂雄

資源と素材, 119(9), 0 Pages, 2003/00

従来得られている岩盤の初期応力データのほとんどは硬岩や中硬岩を対象としたものであり、軟岩に適した初期応力測定法の開発が望まれる。そこで本研究では、軟岩に適した応力解放法による初期応力測定システムを開発した。この初期応力評価システムの機能を確認するために、軟岩ブロックを用いて室内試験を行い、所期の機能を発揮することを確認した。

報告書

新第三紀堆積岩の強度・変形特性に関する研究-強度・変形特性に及ぼす供試体の時間と岩石が受けた履歴の影響を中心として-

石島 洋二*

JNC-TJ8400 2001-026, 45 Pages, 2001/02

JNC-TJ8400-2001-026.pdf:3.65MB

コアボーリングなどによって地山から取り出した岩石の環境は、還元環境から酸化環境、含水飽和状態から蒸散環境、初期地圧状態から応力解放状態へと変化する。これに伴い、岩石の風化が進行し、岩石の性質は地山状態下のそれとは次第に異なってくるであろう。年代の若い堆積岩は空隙率が大きいので、特に風化の速度が大きいと想像される。岩盤利用の観点から、地山状態下の岩石の性質を知ることは重要である。また、応力解放法に基づく初期地圧測定においては、測定対象である岩石のヤング率やポアソン比の正確な、つまり地山状態下の値を知ることが重要である。本研究では地山状態下の(あるいはそれに近い)岩石の強度やヤング率を測定する方法の開発を研究の第1の目標とした。これは岩石試料を採取するボーリング実施箇所において、コアが得られたならば、その場で直ちに供試体を整形し載荷試験を実施するものである。コア採取後1時間以内に載荷試験を済ますための装置と技術を開発した。この載荷装置とサーボ制御付きの材料試験機でモルタル供試体の載荷試験をしたところ、両者でほぼ同じ大きさの強度とヤング率が得られ、原位置載荷試験装置が初期の性能を有していることが確認された。ダムサイトやトンネル切羽の現場において原位置測定を実施し、コア採取後1時間以内で測定結果が得られ、本試験方法が実用性を備えていることがわかった。地山状態を長期に維持できるような岩石の保存方法を探すために、2種類の保存方法について調査した。コア採取後、1時間以内(原位置載荷試験で実施)、1週間後、1ヶ月後、3ヶ月後にそれぞれ岩石の載荷試験を実施したが、強度は保存方法、載荷日時に関係なく同じであった。浸水崩壊試験で供試岩石はスレーキングを起こさないことがわかっているので、強度に時間依存性が認められないのは、岩石が風化しにくい性質であるためと判断させる。以上のような理由により、岩石の保存方法の性能については確認できなかった。本研究において調査の対象となった新第三紀中新世ユードロ層砂岩の弾性波速度を調査したが、異方性の程度は僅かであった。岩石を採取した地層は、その形成後、激しい地質変動を受けていないことがわかっており、この地質的履歴と弾性波速度の等方性は符合している。岩石の薄片の顕微鏡写真の観察から岩石は膨張性粘土をほとんど含有していないことが確認された。これは岩石が風化しに

報告書

地層処分坑道周辺の精密な応力評価に関する研究(模型実験の3軸応力化と解析評価)(委託研究内容報告書)

石島 洋二*

JNC-TJ8400 2000-016, 54 Pages, 2000/02

JNC-TJ8400-2000-016.pdf:3.07MB

地下数百mの深部に建設される高放射性廃棄物の処分空洞を軟弱な堆積岩に設けた場合には、空洞周囲に緩み域が発達することは避けられない。この場合、空洞の安定性だけでなく、緩み域の存在がもたらすシール性能の低下も問題になる。緩みの評価を正確に行うには、深部空洞の周囲に生じる応力・ひずみ状態を正確に予測する手法を確立しなければならない。本研究は、この予測手法の確立を目指したものである。このために、空洞を持った実岩石から成る模型岩盤に対し、地下に建設した空洞が置かれる3軸地圧応力を載荷したときに現れる変形・破壊を観察し、一方で、これを予測する数値解析手法の開発を試みた。このために、次の3つの項目について研究を実施した。(1)岩盤材料の構成式の精密化(2)空洞を持った岩盤模型を3軸載荷する方法の確立とそれによる模型試験の実施(3)空洞周辺の破壊を含む変形予測する解析手法の開発(1)については、溶結凝灰岩を用いた封圧下の引張試験が中心とした室内試験を実施し、以下の成果が得られた。a)一軸引張試験、封圧下の一軸引張試験とも、引張破面が供試体中央部に形成されるような試験技術を開発した。b)引張強度$$sigma$$tは封圧pcとともに小さくなり、両者の間には、$$sigma$$t=0.306pc-1.61の式があてはまる。(2)については3軸岩盤模型試験を実施し、以下の結果が得られた。a)最小主応力が小さいと、円孔上下部に引張き裂が生じる。しかし、最小主応力が1.0MPa以上になると引張き裂は発生しなくなる。みかけの軸応力が増すにつれて、円孔の左右側壁に楔状の破壊域が現れる。さらに応力が増すと、この破壊域の先端から1$$sim$$2本の破面が発達し、模型ブロックを貫通することによりブロックが破断する。b)みかけの軸応力-みかけの軸ひずみ線図は、最小主応力よる次のような影響を受ける。1.最小主応力が大きくなるにつれて、最大主応力の最大値(強度)が増す。2.最小主応力が大きくなるにつれて、みかけの軸応力が最大値に達した後の応力低下量が小さくなり、また、線図の傾きが緩くなる。これらは、いわゆる封圧効果を表している。3.最小主応力が僅かでも作用すると、みかけの軸応力の最大値のばらつきが小さくなる。(3)については弾塑性解析コードを開発し、以下の結果が得られた。a)破壊の発生場所と破壊のタイプは模型実験結果と一致し、最小主応力が小さいと

報告書

地層処分坑道周辺の精密な応力評価に関する研究(3)(委託研究内容報告書)

石島 洋二*

JNC-TJ8400 99-063, 99 Pages, 1999/03

JNC-TJ8400-99-063.pdf:3.61MB

地層処分坑道を施工する際に発生する坑道の変形や坑道周辺岩盤の破壊状況を正確に予測できる解析コードを開発するのが本研究の目的である。本年度はこの目的に向けて、新しい構成式に基づく2次元応力解析コードを開発し、解析で得られる予測の妥当性を模型試験によって検証した。また、妥当な構成式を得るために、種々の岩石試験を実施することも研究目的の一つに含めた。研究内容は、次の3点から成っている。第1は、比較的均質で力学的性質のばらつきが小さく入手が容易であるという理由で岩盤材料模型として選定した凝灰岩(支笏熔結凝灰岩)について、その変形・強度特性を多方面から調査した。有効空隙率30%、P波速度2.1$$sim$$2.2km/s、圧縮強度約20Mpaの当該岩石は、軟岩$$sim$$中硬岩に属する。ひずみ軟化挙動を示すが、最大強度点到達後に生じる応力低下が激しくないために、逐次的破壊の追跡・観察が容易である。一軸クリープ載荷に対しては、従来、岩石で見いだされているのと同様のクリープ挙動をするが、最小ひずみ速度の到達時間が他に比べて短いという特徴がある。破壊靭性は空気中の値より水中の値の方が小さく、載荷速度とともに大きくなるが、これらは他の岩石でも認められる性質である。三軸試験時の載荷方法については、通常の一定封圧を維持する方法の他に、封圧を載荷途中で幾通りかに変える方法も採用した。封圧の変え方により、強度が低下または増加することがわかった。また、方向を変えた2回の載荷試験で、初回の破壊は次回の載荷時の強度を低下させる効果のあることがわかった。第2は、従来の岩石・岩盤の構成式に代わる新しい構成式の導入と、それを用いた応力解析コードの開発である。従来の構成式の問題点を検討し、それを改良していると考えられる新しい構成式を導入した。この構成式は1組の簡単な式の集合であるが、圧縮領域から引張領域までの全領域における完全な応力-ひずみ線図を記述でき、また、線図のピークの軌跡として得られる破壊条件がMohr-Coulombの仮説に一致することがわかった。新しい構成式に基づいて岩盤の破壊を含む変形挙動を予測するために、2次元有限要素法に基づく弾塑性解析解析コードを開発した。この有用性を調べるために、円形断面坑道の問題を解いた。有孔板に負荷する載荷応力の増加につれて、やがて塑性域が坑道周辺に

報告書

地層処分坑道周辺の精密な応力評価に関する研究(II)

石島 洋二*

PNC-TJ1600 98-002, 66 Pages, 1998/02

PNC-TJ1600-98-002.pdf:5.5MB

大型2軸載荷装置を用いた円形断面坑道掘削に関する模型試験を実施して力学的擾乱を観察するとともに、新しい構成式に基づく有限要素法解析を行って両者を比較するのが本研究の目的である。本年度は平成8年度に開発した大型2軸載荷装置を模型試験に対し初めて本格的に応用し、これを用いて円形断面坑道を有する岩盤模型を載荷した。そして、装置が所期の機能を有していることを確認した。ただし、載荷2軸がなす面に垂直方向は応力0の状態になっており、最小主応力方向に一致する。このため、模型に生じる最終的な破断は期待するような載荷2軸面内で起こらないことが明らかになった。この問題の解決は次年度の課題として残されている。模型材料である支笏溶結凝灰岩のクリープ試験を実施し、模型試験における載荷時間が数時間に及ぶ場合、模型内の応力集中源となる領域では無視できない量のクリープ変形が起きる可能性を明らかにした。模型試験から有用な情報を多数引き出すためには変形の計測が重要である。このために幾通りかのひずみの計測方法を開発し、模型試験に供した。その結果、ひずみゲージは載荷の初期の段階から破壊後までの全過程の現象を捉えるには適さないことがわかった。なぜならば、載荷応力が強度破壊点に達する前後で供試体表面にき裂が発生し、これによってひずみゲージが損傷を受けて測定不能になってしまうからである。局部的な破壊に関係なく計測可能な変位計は、ひずみゲージより優れており、孔の径変化を計測する孔径変化測定器、2側面間の伸縮を計る片持ち梁式変位計は、極めて有用であることを見いだした。ピラー模型の載荷試験から、細長比が異なるだけで、破壊形態や強度、変形特性の異方性に差異が生じること、載荷応力が強度破壊点に達する直前からピラー軸に垂直な横ひずみ(伸び)が増大し、破壊後はさらに増加の割合が増すので、ピラーの横ひずみの計測はピラーの力学的状態を監視する手段として有効と考えられることなどが明らかになった。

報告書

地層処分坑道周辺の精密な応力評価に関する研究

石島 洋二*

PNC-TJ1600 97-003, 67 Pages, 1997/02

PNC-TJ1600-97-003.pdf:4.19MB

地下深部では大きな地圧が発生しているが、ここに地層処分のための坑道を建設すると、その周辺の岩盤内には、大きな差応力を持つ応力状態が誘起される。この状態の下で、弾性波速度の低下や透水係数の増大に象徴される岩盤のひび割れの進行、あるいは破壊発生などがもたらされる。このような状態の変化は、岩盤に期待される天然バリアの性能の低下を招く。深部坑道周辺の岩盤の性能低下を定量的に評価するシステムを構築することが本研究の最終目標である。このために段階を踏んで研究を実施することにした。本研究の初年度に当たる本年度は、次のような研究を実施する。1)岩石の新しい破壊条件式の検証とこれに基づく岩石の構成式の導出2)岩石の新しい破壊条件式を考慮した応力解析方法の開発3)空洞周辺の岩石の破壊に関する模型実験の実施と数値解析の比較

報告書

地層処分におけるシーリングに関する基礎的研究(5)

石島 洋二*

PNC-TJ1600 96-001, 62 Pages, 1996/03

PNC-TJ1600-96-001.pdf:1.1MB

地層処分に限らず、岩盤あるいは岩盤内に設けられた構造物を効果的にシーリングする上で、岩盤中に含まれている不連続面のシーリングが最大の問題になる。ところが、天然の不連続面の力学的ならびに水理学的性質に関する研究は、室内試験の段階に留まっている。地下岩盤には、様々な規模と性質を持ち、しかも様々な環境に置かれた無数の不連続面が存在しており、原位置での簡易な計測によって、特性が把握する技術の開発が望まれる。本研究はこの要請に答えようとするもので、原位置試験として孔内点載荷試験を取り上げ、本試験法により、不連続面の力学的性質に関して、どのような情報を得ることができるかを検討することにした。今回は、不連続面を含む岩盤に関して、常に均一な供試体を使用できるように、不連続面を持つ岩盤模型を開発した。これを用いて、不連続面の力学的性質を評価するための3つの室内試験法を実施し、試験方法の違いが結果に及ぼす影響について検討した。次いで、孔内点載荷試験に関して、3次元有限要素法による解析と岩盤模型試験を実施した。充填型不連続面を持つ岩盤模型として、岩盤のインタクト部をモルタル、不連続面を厚さ1mmのセメントミルクで作る方法を開発した。これを供試体として、不連続面の力学的性質を明らかにするための室内試験を行った。

報告書

地震に関する調査研究(IX)

佐々 宏一*; 山口 梅太郎*; 川本 眺万*; 高木 章雄*; 小林 昭一*; 石島 洋二*; 小林 芳正*

PNC-TJ1552 93-001, 243 Pages, 1993/03

PNC-TJ1552-93-001.pdf:7.19MB

平成4年度の委員会業務としては、岩手県釜石鉱山の大峯地区坑内に設置した6ヶ所の地震計による地震観測および、水圧・水量・水質などの地震に関連した変化を主体とした地下水理観測を実施し、夫々について得られたデータの解析を行なった。また工事としては、725mレベルと250mレベルに設置してある独立型強震計に停電対策工事を実施し、観測業務の円滑化を計った。研究活動としては、地下水理・機器ワーキング・グループと数値解析ワーキング・グループを編成し、観測データの解析や、耐震設計手法の評価等に関する研究成果の検討を行なうと共に、観測施設の改善策や今後必要と考えられる観測機材等に関する検討を行なった。報告書の第1章では、9年目に入った本委員会の研究方針と、それに基づく研究活動の内容について記述した。第2章では、725mレベルと250mレベルに設置してあった独立型強震計は、停電するとサンプリング周波数が200Hzから100Hzに戻るという状態になっていたので、これを200Hzに固定化する工事について記述した。第3章では、平成4年度の釜石鉱山における地震と地下水理の観測データの収録結果を示すと共に、それらの解析結果について記述した。第4章では、地下深部における地震動特性を推定する手段として、SHAKE法の適用性について検討した結果について述べた。即ち観測された実際の地震波をモデル岩盤に入力し、その伝達特性をシミュレーションにより解析し、解析結果と観測結果を比較してSHAKE法の適用性を確認した結果を示した。第5章では、地層処分施設の耐震性を評価する研究の一環として、処分坑道についてケーススタディを実施した結果について述べた。即ち、解析的手法による坑道の耐震性の概略評価と、有限要素法による詳細な評価を行なったもので、結果としては、坑道表面から1m以内の部分は補強を要すが、それより深い部分は、安全であることを示した。第6章では、あとがきとして今年度に得られた研究成果をとりまとめて述べると共に、今後に残された課題と、それらの問題を順次処置していく年次計画を提言として示した。

報告書

花崗岩における岩盤工学に関する調査試験研究; 平成3年度

関本 善則*; 山下 秀*; 石島 洋二*; 江崎 哲郎*; 松木 浩二*

PNC-TJ1559 92-002, 112 Pages, 1992/03

PNC-TJ1559-92-002.pdf:2.96MB

本研究は、岩盤物性と地殻応力に関する研究の一環として、結晶質岩系の花崗岩についての岩盤工学の基礎的研究、すなわち岩盤応力、岩盤の長期安定性および岩盤割れ目の透水性の変化に関する、原位置(釜石原位置試験場)や室内での試験に基づく、基礎的・理論的研究を行うものである。初年度である本年度は、原位置および室内での諸試験に基づき、以下のような研究成果を得た。「岩盤割れ目の透水性の変化に関する研究」では、釜石原位置試験場に分布する割れ目に対してグラウト試験を行い、割れ目湧水の止水に有効なグラウト材を選定し、割れ目内水みちへのグラウト材の伝播様式を検討した。「岩盤の長期安定性に関する力学的物性試験」では、釜石原位置試験場から採取したサンプルを用いて岩石試験を行い、強度の寸法効果やクリープ特性のばらつきを明らかにした。「坑道周辺岩盤の力学的状況の精密調査」では、釜石原位置試験場の坑道周辺での地圧測定や弾性波速度測定を行い、坑道とその周辺岩盤内の地圧分布を明らかにするとともに割れ目の存在による弾性波速度の異方性の程度を明らかにした。「単一不連続面のShear-Flow Coupling特性試験」では、人工割れ目と釜石原位置試験場から採取した自然割れ目の、せん断変位と透水性の関係について、室内試験により明らかにした。最後に「ボーリングコアを用いた高信頼性三次元地圧計測法の開発」では、釜石原位置試験場から採取したボーリングコアを用いて、4つの方法による地圧計測を行い、それぞれの方法の理論的検討等を行った。

報告書

地層処分におけるシーリングに関する基礎的研究

石島 洋二*

PNC-TJ1600 92-002, 5 Pages, 1992/02

PNC-TJ1600-92-002.pdf:0.15MB

プラグはシーリングにおける重要な要素の一つで、プラグの奥部が水やガスで充満しているとき、これらを遮断して、手前に漏れてこない役目をする。このためプラグには、水圧やガス圧などの作用圧力の下で破壊することなく、プラグの手前に漏洩してくる浸透流を制限値以下に抑える機能を持っていることが要求される。本年度は、プラグに要求されるこれらの機能の内で、力学的な機能に関する研究を行った。すなわち、プラグで仕切られた坑道や立坑の片側に高い圧力が作用するとき、発生するプラグや周辺岩盤の変形・破壊挙動、ならびに、耐圧限界などを明らかにするために、3次元模型試験と応力解析を行った。そして、作用地圧の下での耐圧限界値やプラグの破壊機構などについて調べた。

報告書

縮尺地層模型試験に基づく空洞の消滅に関する研究(そのII)

石島 洋二*

PNC-TJ4600 90-006, 78 Pages, 1990/03

PNC-TJ4600-90-006.pdf:3.52MB

本研究では、地下深部の軟弱な地盤中に設けた空洞が次第に縮小し、やがて消滅する過程を、主に大型の2次元物理模型試験(縮尺地層模型試験)によって追跡し、空洞消滅に伴う諸現象を明らかにすることを目的としている。三軸圧縮試験法とトランジェントパルス法とを組み合わせた室内試験の結果、砕屑性堆積岩の透水性に関し以下の諸点が明らかになった。(1)封圧(静水圧)の増加と共に、体積(圧縮)ひずみは増加し、透水係数は減少する。これらの現象には岩石中の内部亀裂の形状や分布形態が密接に関係している。(2)静水圧を繰返し作用させると、同じ圧力下の透水係数の値は繰返しが進むにつれ小さくなり、圧密効果がみとめられる。(3)間隙水圧を増すと透水係数は増大する。(4)封圧と間隙水圧の透水係数に及ぼす影響の程度に関しては、測定結果が大きくバラツキ、かつ一定の傾向が見出されていない。しかし、大きな誤差が伴うことを覚悟すれば、両者の影響の程度は同じとみなして差し支えない。(5)破壊に伴い透水係数は破壊前の値より数倍から1桁程度大きくなる。しかし、静水圧の増加と共に急激に減少し、形成された破面の影響は速やかに失われ、やがて、透水性に及ぼす破面の影響は実質的に消滅する。また、隣接し合う2つの空洞について掘削に伴って生じる力学的擾乱を調べるために、縮尺地層模型試験と弾塑性応力解析を実施した。得られた主な知見をまとめると以下のようになる。(1)空洞の掘削の進行につれ、空洞に向かう岩盤変位と応力の再配分が起こる。その結果、空洞の両側壁の応力は次第に高まるが、とりわけ、両空洞で挟まれるピラー部の応力の高まりが著しい。(2)これに対応して、空洞の側壁にせん断破壊域、両空洞の天井と下盤を結ぶ線上に引張破壊域が現れる。(3)応力や破壊域の広がりは初期地圧が等方圧状態から一軸状態に近づくにつれ大きくなる。(4)空洞掘削に伴い応力が上昇する領域内では、その中を伝播するP波の速度や振幅も増す。(5)直接的な経路を伝播する弾性波は空洞で切られると、透過P波が消滅するので伝播時間が著しく増大する。

報告書

縮尺地層模型試験に基づく空洞の削減に関する研究(その3)

石島 洋二*

PNC-TJ1600 90-008, 62 Pages, 1990/01

PNC-TJ1600-90-008.pdf:1.42MB

地下深部の砕屑性堆積岩中に設けた放射性廃棄物の処分空洞が次第に縮小し、やがて消滅する過程において現れる諸現象を、おもに大型の縮尺地層模型試験によって調査した。その結果、以下の諸点が明らかになった。1) 空洞端のやや前方に生じる応力集中域における応力の値は、初期地圧の1.5$$sim$$5.0倍の大きさに達した。なお、この応力集中は、空洞幅が長くなるほど大きくなることが確認された。2) 応力集中部では岩盤が圧縮されるために、P波の伝播速度および(最大)振幅が大きくなった。3) 空洞の上下盤においては、空洞掘削に伴い、空洞縁に垂直方向の地圧成分が減少した。なお、この応力低下の傾向は、空洞の縁に近くなるほど大きくなることが確認された。4) また、空洞の上下盤接近量は、空洞幅の拡大につれて増加し、最後には閉塞した。5) 空洞の拡大に伴い、空洞の上下盤を伝搬するP波には、速度の著しい減少、振幅の減衰と波の形状変化が計測された。

報告書

トンネル等における地下深部開発事例研究

石島 洋二*

PNC-TJ5600 86-001, 38 Pages, 1986/03

PNC-TJ5600-86-001.pdf:0.78MB

高レベル廃棄物は当面地下深部に廃棄物を埋設する地層処分が有力とされており、また、最近は高レベル廃棄物の貯蔵の段階においても、地下深部の空洞を利用することが考えられている。そのためには地下深部に空洞を設け、その空洞をある期間健全に保持することが必要である。地下深部での過去の経験は鉱山やトンネルなどに数多く存するが、それらの事例は体系的にまとめられることなく、個々に対応しているのが現状である。しかし、地下深部における空洞の建設及び維持においては、増大する地圧や地熱、高圧の地下水の存在など地下深部であるがゆえの問題が存在し、それらの問題は高レベル廃棄物の貯蔵や地層処分においても直面する問題になると考えられる。そこで、まず、既存の地下深部の空洞開発において存在した問題点の調査を行う。

論文

花崗岩の破壊過程における透水特性

佐藤 稔紀; 喜多 治之*; 中田 雅夫*; 長秋 雄*; 柳谷 俊*; 石島 洋二*

三井建設技術報告, (22), , 

稲田花崗岩で静水圧圧縮試験および三軸圧縮試験を行い、その過程における透水係数の変化を調べた。稲田花崗岩は異方性を有する岩石であるため、供試体の作成にあたり、これらの方向を考慮した。三軸圧縮試験は周変位をフィードバック信号として用いた剛性試験で実施した。この結果、これまでにデータ取得が困難であったクラス2岩石(破壊後に応力とひずみの関係が正の傾きを示す岩石)である稲田花崗岩の破壊後領域を確実に制御でき、完全応力-ひずみ曲線を得ることができた。さらに、三軸圧縮試験過程において透水試験(トランジェントパルス法)を実施し、インタクトな状態から破壊後領域まで20点以上の測定を実施した。その結果、載荷前の透水係数から破壊後には2$$sim$$3オーダーの増加が認められた。

論文

花崗岩の力学特性に及ぼす温度の影響

佐藤 稔紀; 青木 和弘; 石島 洋二*

三井建設技術研究報告, (22), , 

深部地下空間利用に関して、岩石の強度・変形特性に及ぼす温度の影響を把握しておく必要がある。稲田花崗岩を用いて室温から200°Cの範囲で圧裂引張試験、一軸および三軸圧縮試験を行い、力学特性に及ぼす温度の影響を検討した結果、以下のことが明らかになった。1.引張強度、圧縮強度および粘着力は温度の上昇にしたがって低下する。2.内部摩擦角は温度によって変化しない。3.封圧下におけるヤング率、ポアソン比の温度依存性は小さい。4.200°Cまでの範囲では、クラス2(圧縮試験において破壊後の応力-ひずみ関係が正を示す)特性は保持される。

口頭

間隙弾性論に基づく岩石挙動の検討

宮澤 大輔*; 木山 保*; 石島 洋二*; 杉田 裕; 真田 祐幸

no journal, , 

日本原子力研究開発機構は、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として地下研究施設の建設を伴う調査研究(幌延深地層研究計画)を進めている。地下研究施設周辺に分布する珪質岩は高い間隙率と低い透水性を示すことから、坑道周辺岩盤の水理・力学挙動を検討するうえで、空洞周辺の応力再配分による水-応力連成挙動を表現できる間隙弾性論に基づく検討が有効であると考えられる。そこで、本研究では間隙弾性パラメータを精度よく把握するための室内試験法の確立とパラメータの同定を目的に、幌延地域に分布する珪質岩(声問層・稚内層・稚内層浅部の遷移帯)を用い間隙弾性論に基づいた室内試験を実施した。周変位を拘束させるK$$_{0}$$圧密試験と段階昇圧を併用させる室内試験により、間隙弾性パラメータを算出する方法を例示した。そして、その室内試験手法を用い、声問層・稚内層・稚内層浅部の遷移帯の特性の異なる3種の岩石の間隙弾性パラメータを同定した。今後、同岩種を用いた室内試験を継続し、データの蓄積を進めていく。

口頭

軟岩を対象とした孔底変形法による測定装置の原位置適用化試験

宮澤 大輔*; 木山 保*; 石島 洋二*; 熊倉 聡*; 杉田 裕; 真田 祐幸

no journal, , 

原子力機構は、幌延地圏環境研究所との共同研究として幌延深地層研究センターの地下施設の250m換気側調査坑道において、孔底変形法による初期地圧の計測手法の適用性の確認を行った。本手法を地下のボーリング孔を利用して行うのは初めてであったが、計測のための手順,ボーリング孔の加工,装置の脱着などは順調に行えることを確認できた。一方で、軟弱な声問層と比較して比較的強度のある、また、亀裂の多い特徴を持つ稚内層を対象とした今回の試験では、計測のためのピンを岩盤に適切に設置できないなど、初期地圧を精度よく求めるうえでの課題が明らかとなった。この課題に対しては、解決の方向性を見いだすなど課題解決に向けた検討に着手することができた。

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