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報告書

緩衝材長期力学挙動評価モデルの検討

平井 卓; 棚井 憲治; 菊池 広人*; 重野 喜政*; 並河 努*; 高治 一彦*; 大沼 敏*

JNC TN8400 2003-034, 158 Pages, 2004/02

JNC-TN8400-2003-034.pdf:5.26MB

緩衝材に求められるオーバーパック支持性能や応力緩衝性能に関しては、「第2次取りまとめ」において、設定された仕様の人工バリアに対する安定性やオーバーパック作用応力の評価を行った。しかし、評価解析に用いられた長期挙動評価モデルは一般の粘性土における実績やパラメータ設定の容易さにより選定されており、膨張性のあるベントナイトを用いた緩衝材への適用性に関して十分な検討がなされていなかった。そこで、既存の評価モデルより緩衝材への適用性の高いモデルを再抽出するとともに、緩衝材の支持性能や応力緩衝性能に関する再評価をすることが必要と考えた。そこで、最初に一般の粘性土の力学挙動評価に対して実績のある既存の評価モデルを体系的に分類した後、適用性が高いモデル抽出した。次に緩衝材の室内要素試験結果を各モデルを用いてシミュレーション解析を実施し、抽出モデルの適用性検討とパラメータ選定を実施した。最後に、これらのモデルとパラメータを用いて、人工バリア中のオーバーパックの自重沈下とオーバーパックの腐食膨張の影響を解析により再評価した。その結果、抽出された関口-太田モデルと足立-岡モデルは、ほぼ同一の評価精度を有していることやモデルのパラメータは、圧密試験と三軸圧縮試験を同時に精度良く評価できるものを選定することが困難であり、人工バリア中の緩衝材の挙動を評価するためには、2種類のパラメータセットが必要なことなどが分かった。

報告書

緩衝材長期力学挙動構成モデルの検討(II)

重野 喜政*; 並河 努*; 高治 一彦*

JNC TJ8440 2003-002, 137 Pages, 2003/02

JNC-TJ8440-2003-002.pdf:3.81MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分の研究開発において、人工バリアに要求されを確保するには、人工バリアが長期間力学的に安定であることが不可欠である鎖後において、人工バリアを形成する緩衝材には、種々の外力が長期間作用すれる。人工バリアの性能評価を精度よく実施するためには、これらの外力に対の力学的変形挙動を精度よく評価することが必要である。本研究では、選択された2つの構成式(関口-太田モデル、足立-岡モデル)設定されたいくつかのパラメータを用いて、要素試験のシミュレーションを行およびこれらのパラメータの適用性を検討した。また、これらのパラメータを用いた人工バリアの感度解析を実施した。解析でーバーパックが腐食膨張しない場合の沈下挙動、2.オーバーパックの腐食膨挙動の2ケースのシナリオについて検討を行った。その結果、自重沈下は主にータの影響を受けること、どのパラメータを用いた解析でも、人工バリアの全は生じなかったこと、また、周辺岩盤が受けるオーバーパックの膨張の影響をめには、粘性パラメータが重要であることが分かった。

報告書

緩衝材長期挙動構成モデルの検討

重野 喜政*; 並河 努*; 高治 一彦*

JNC TJ8440 2002-004, 109 Pages, 2002/02

JNC-TJ8440-2002-004.pdf:13.36MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分の研究開発において、人工バリアに要求される各機能を確保するには、人工バリアが長期間力学的に安定であることが不可欠である。処分場閉鎖後において、人工バリアを形成する緩衝材には、種々の外力が長期間作用すると考えられる。人工バリアの性能評価を精度よく実施するためには、これらの外力に対する緩衝材の力学的変形挙動を精度よく評価することが必要である。本研究では、今までに数多く提案されている粘性土の構成モデルに対して、緩衝材の長期力学挙動評価への採用可能性という観点から、特に適用性の高いものを抽出することを目的とし、粘性土構成モデルの調査、代表的モデルの試験データを用いた解析による適用性確認、シミュレーション解析に有効な実験手法の提案を行った。Over stress modelとFlow surface modelの代表的なモデルとして足立-岡モデル、関口-太田モデルを用いて要素試験シミュレーションを行った結果、両モデルで挙動大きな差はみられず、粘性パラメータの設定によって試験結果を局所的には適切に表現できるが、総括的には適切に表現し得ない結果となった。

報告書

緩衝材のせん断特性1

並河 努; 菅野 毅; 石川 博久; 石黒 勝彦

PNC TN8410 97-074, 60 Pages, 1997/02

PNC-TN8410-97-074.pdf:2.22MB

人工バリアシステムを構成する緩衝材ベントナイトには、オーバーパックの自重や腐食膨張、周辺岩盤のクリープ変形などにより、長期的な外力が作用すると予測されている。緩衝材の力学的変形安定性を評価するためには、これら外力に対する緩衝材の力学的変形挙動を明らかにする必要がある。本報告書は緩衝材ベントナイトの力学特性試験の一環として行われた、飽和した圧縮ベントナイトの圧蜜非排水3軸せん断試験についてまとめたものである。試験では、ベントナイト試料クニゲルV1(100%)を乾燥密度$$rho$$dが1.6g/cm3になるように圧縮成型し飽和させた供試体を用いた。試験は3軸試験装置を用いて行い、飽和供試体を0.8MPaから3.0MPaの圧蜜応力で圧蜜後、非排水条件でせん断試験を行った。せん断方法には、応力制御方式とひずみ制御方式の2通りの方法を用いて試験を行った。試験結果より、各圧蜜応力での軸差応力qと軸ひずみ$$epsilon$$aの関係が得られた。その関係は非線形関係となり、軸ひずみ$$epsilon$$a7%前後で軸差応力qが最大となり供試体が破壊することがわかった。そして、応力制御せん断試験では、一定軸荷重載荷下において軸ひずみが経過時間とともに増加するクリープ現象が認められた。また、圧蜜応力により供試体の状態を正規圧蜜と過圧蜜に分類した場合、両者のせん断挙動は過剰間隙水圧の発生状況等の点で異なるものとなった。正規圧蜜状態と考えられる供試体では、せん断中負のダイレタンシーの影響と考えられる過剰間隙水圧の上昇が認められ、破壊時の応力比q/p′もほぼ一定となった。そして、その応力比q/p′より破壊線(限界状態線)の傾きM=0.58が得られた。それに対し過圧蜜状態と考えられる供試験体には、せん断中過剰間隙水圧の上昇は認められず、破壊時の応力比q/p′は正規圧蜜よりも大きな値となった。また、正規圧蜜、過圧蜜に関係なく、試験後(破壊後)の各供試体には肉眼で確認できる破壊すべり面は認められなかった。

報告書

緩衝材の圧密特性

並河 努; 菅野 毅; 石川 博久; 石黒 勝彦

PNC TN8410 97-051, 53 Pages, 1997/02

PNC-TN8410-97-051.pdf:1.4MB

人工バリアシステムを構成する緩衝材ベントナイトには、オーバーパックの自重や腐食膨張、周辺岩盤のクリープ変形などにより、長期的な外力が作用すると予測されている。緩衝材の力学的安定性を評価するためには、これら外力に対する緩衝材の力学的変形挙動を明らかにする必要がある。本報告書は緩衝材ベントナイトの力学特性試験の一環として行なわれた、飽和した圧縮ベントナイトの1次元圧蜜試験についてまとめたものである。試験では、ベントナイト試料クニゲルV1(100%)を乾燥密度$$rho$$dが1.6g/cm3及び1.8g/cm3になるように圧縮成型し飽和させた供試体を用いた。試験は高圧圧蜜試験装置を用いて行い、飽和した供試体に膨潤応力から19.6MPaの圧蜜応力を8段階で載荷した。19.6MPaまで載荷後は、4段階で膨潤応力相当まで除苛し、再び19.6MPaまで4段階で載荷した。試験結果より、各載荷stepでの圧蜜沈下量と経過時間の関係($$Delta$$d-logt関係)が得られた。2次圧蜜と見られる圧蜜の後半を除き、圧縮ベントナイトの$$Delta$$d-logt関係はTerzaghiの圧蜜理論でほぼ表現できることが明かとなった。また、各載荷stepの結果より間隙比-圧蜜応力の関係(e-logp関係)が得られた。e-logp関係において、圧蜜降伏応力pc′初期の膨潤応力より大きな値となり、圧蜜降伏応力pc′以上の範囲においてe-logp関係はほぼ直線となった。除苛、再載荷過程において、e-logp関係は非線形関係となり、リバウンド量も大きな値となった。e-logp関係より求めた圧縮指数Ccと膨潤指数Csは、初期乾燥密度により異なり、初期乾燥密度が1.6g/cm3の供試体ではCc=0.27、Cs=0.18となり、初期乾燥密度が1.8g/cm3の供試体ではCc=0.21、Cs=0.11となった。また、圧蜜試験より得られた透水係数は、透水試験より得られた結果に比較し妥当な値であった。

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