破砕した珪質泥岩の強度および遮水性の回復

杉田 裕; 真田 昌慶; 藤田 朝雄; 羽柴 公博*; 福井 勝則*; 大久保 誠介*

第13回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.207 - 212, 2013/01

高レベル放射性廃棄物の地層処分においては、廃棄体を埋設した坑道の周囲に発生する掘削影響領域の特性が放射性核種の移行挙動評価のうえで重要となる。強度が小さい岩盤の場合、坑道を掘削することにより発生する掘削影響領域では岩盤の破壊も生じると考えられる。しかしながら、坑道閉鎖後の長期においては、破壊した岩盤に支保内圧と地圧の双方が作用することにより、破壊により低下した岩盤の物性が回復することが考えられる。本報告は、破壊により低下した岩盤の物性の回復を把握するために実施した室内試験の結果を示すものである。試験の結果、載荷した荷重の大きさ・時間に応じて、強度及び遮水性が回復することが明らかとなった。

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価のための現象論的研究(委託研究)

大久保 誠介*; 福井 勝則*; 羽柴 公博*; 引間 亮一; 丹野 剛男; 真田 祐幸; 松井 裕哉; 佐藤 稔紀

JAEA-Research 2011-040, 54 Pages, 2012/02

JAEA-Research-2011-040.pdf:2.85MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分時においては、建設時及び操業時は言うまでもなく、坑道埋め戻し後も千年程度の長期に渡る坑道の安定性の評価が要求される。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、2010年度に実施した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、岩石の時間依存性の程度を表すnの値の意味をより明確に示すため、強度の載荷速度依存性とクリープ寿命の応力依存性との関係及び時間依存性,強度とクリープ寿命の分布特性,寸法効果の相互関係について論じた。さらに、既往の研究事例をレビューして、土岐花崗岩の力学特性や時間依存性について、今後実施すべき試験について検討した。第4章では岩盤の破壊基準の設定に関する検討として、十分長い時間をかけて岩石を壊したときの強度(長期強度)及び、いつまで経っても破壊に至らない応力条件について検討した。第5章では、周圧下でのnの値の変化及び岩盤強度のばらつきを考慮した二次元有限要素解析により、土岐花崗岩の長期挙動に関する予察的検討を行った。最後に、数値解析結果にもとづいて原位置試験計画に関する所見を述べた。

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価のための現象論的研究(委託研究)

大久保 誠介*; 引間 亮一; 平野 享*; 松井 裕哉

JAEA-Research 2010-031, 45 Pages, 2010/10

JAEA-Research-2010-031.pdf:1.22MB

岩石や岩盤は、クリープや応力緩和のような時間依存性挙動を示すことが知られている。高レベル放射性廃棄物の地層処分時においては、建設時及び操業時は言うまでもなく、坑道埋め戻し後も千年程度の長期に渡る坑道の安定性の評価が要求される。このため、長期に渡る岩石や岩盤の時間依存性挙動を把握することは、そのような坑道の長期安定性を評価するうえ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、2009年度に実施した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。つぎに第2章では、1997年度から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。つづいて第3章では、非線形粘弾性論をよりどころとして、岩石や岩盤の時間依存性挙動を表現するコンプライアンス可変型構成方程式とそのパラメータの取得法について総括した。また、2008年度までに得られた試験結果を踏まえて、土岐花崗岩の時間依存性挙動と中間温度(40C80C)での稲田花崗岩の時間依存性挙動に関する所見を述べた。最後に第4章では、拡張したコンプライアンス可変型構成方程式を用いた有限要素解析により、土岐花崗岩の長期挙動に関する予察的検討を行った。最後に、数値解析結果に基づいて原位置試験計画に関する所見を述べた。

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価のための現象論的研究(委託研究)

大久保 誠介*; 平野 享; 松井 裕哉

JAEA-Research 2009-020, 36 Pages, 2009/08

JAEA-Research-2009-020.pdf:9.18MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分では長期にわたる坑道の安定性評価が必要となる。そこで岩盤の長期挙動を予測評価する手法の研究を行ってきた。本報告書は、平成20年度の研究成果をとりまとめたものである。第1章では研究と背景を概括した。第2章では田下凝灰岩の長期クリープ試験結果について報告した。試験結果は、クリープ歪はわずかずつであるが連続して増え、一方、クリープ歪速度は経過時間の-0.9乗に比例して減少することが示された。これらの挙動は、短期クリープ試験で把握される一次クリープと類似のものであった。第3章では、一般化応力緩和試験を行うための制御プログラムを拡張し、これまで実施できなかった条件での一般化応力緩和試験を土岐花崗岩に対して行い、既に得られている土岐花崗岩の時間依存性挙動モデルのパラメータが、新たな条件でも妥当な値であることを確認した。第4章では、時間依存性挙動モデル(拡張コンプライアンス可変型構成方程式)のパラメータ取得方法を総括した。パラメータ取得における問題点とパラメータの信頼性向上の考え方、さらに、工学的な応用に必要と考えられる時間依存性挙動を踏まえた岩盤分類の概念を示した。

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価のための現象論的研究(委託研究)

大久保 誠介*; 瀬野 康弘*; 平野 享; 中間 茂雄; 松井 裕哉

JAEA-Research 2008-065, 51 Pages, 2008/08

JAEA-Research-2008-065.pdf:2.9MB

本報告書は、平成19年度に実施した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。続いて第2章では、平成9年度から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。試験を開始して10年が経過し、測定結果に年変動が見られるなどの問題点も見られるが貴重なデータが得られている。さらに第3章では、一般化応力緩和試験をサーボ制御試験機で行うための制御プログラムを開発し、実際にそれを使って土岐花崗岩の一般化応力緩和試験を実施し、基礎的なデータを取得した。最後に第4章では拡張コンプライアンス可変型構成方程式を解析的に検討した。そこでは、第3章で得たデータをもとにして、構成方程式の土岐花崗岩を対象としたパラメータを求めるとともに、数値実験を実施している。

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価のための現象論的研究(委託研究)

大久保 誠介*; 瀬野 康弘; 中間 茂雄; 佐藤 稔紀*; 平野 享

JAEA-Research 2007-088, 118 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2007-088.pdf:27.7MB

本報告書は、平成17年度と18年度に実施した研究をまとめたものである。第2章では、長期挙動予測評価手法の開発として行った研究として、(1)平成9年度から継続している田下凝灰岩の長期クリープ試験の結果、(2)稲田花崗岩の中間温度領域におけるマルチステージクリープ試験結果、(3)一般化応力緩和試験に関する検討、(4)大久保が提案した構成方程式中のパラメータを求めるための新しい試験方法に関する考察、について報告した。とりわけ田下凝灰岩の長期クリープ試験は、試験を開始して9.5年が経過し、試測定結果に年変動が見られるなどの問題点も見られるが貴重なデータが得られている。第3章では、第3段階における上記研究の検証の基礎となる土岐花崗岩を対象とした力学試験を行い、その結果から時間依存性を考慮した構成方程式のパラメータを取得した結果について報告した。土岐花崗岩は花崗岩として標準的な力学物性値を持っていることが判明し、また、構成方程式の三次クリープ(破壊現象)を表現するパラメータが取得された。最後に付録として「岩盤の不均一性評価技術に関する研究」、「岩石の時間依存性を考慮した新岩盤分類法の検討」を示した。

ニアフィールド岩盤の長期安定性評価手法に関する研究

大久保 誠介*

JNC TJ8400 2004-018, 94 Pages, 2005/02

JNC-TJ8400-2004-018.pdf:1.07MB

ニアフィールド岩盤の長期安定性評価手法の信頼性向上を目指した研究を実施した.拘束圧下でのクリープ挙動の評価を試みた(第2章)。これまで,幌延地域で採取された岩石試料を用いたクリープ試験は,ある程度実施されてきたがその数は限られている。本研究では,幌延の原位置試験が実施されると考えられる付近で採取されたボーリングコアを用い,三軸圧縮応力下における強度試験,クリープ試験を実施した。その際,これまでの研究で不明な点が多い,ポアソン比の測定には格別の注意を払った。得られた結果にもとづいて,コンプライアンス可変型モデル定数の取得と,破壊基準について検討した。幌延硬質頁岩の強度回復特性について検討した(第3章)。著者が以前におこなった実験では,一旦破壊した岩石でも,適切な応力条件下では強度が回復した.本研究では,幌延の原位置試験予定地付近で採取されたボーリングコアを用いた室内試験を実施し,強度回復特性に関する基礎データを取得した.その結果,幌延地区で得られた岩石試料は,従来の結果(例えば田下凝灰岩)とほぼ同程度の強度回復特性を示すことがわかった。強度回復特性は,長期にわたる地下構造物の安定性にとって極めて重要であり,原位置試験を含む本格的な検討を早期に実施する必要があることを指摘した.人工物の調査や原位置試験による岩盤の長期挙動評価方法について述べた(第4章)。本研究では,ナチュラルアナログ的な手法によって岩盤の長期挙動を推し量るとともに,コンプライアンス可変型構成方程式を利用した検討も実施した.検討事項のうち,特に重要なのは地圧の利用と考える.コンプライアンス可変型構成方程式を用いた検討もおこなったところ,中国北京周辺岩盤の地圧(応力緩和)をある程度説明することができた。今後のさらなる検討が必要であることがいうまでもないが,興味深い結果が得られたと考えている。

ニアフィールド岩盤の長期安定性評価手法の検討

大久保 誠介*

JNC TJ8400 2003-081, 107 Pages, 2004/02

JNC-TJ8400-2003-081.pdf:2.94MB

ナチュラルアナログ的アプローチによる岩盤の長期挙動評価手法について概念的な考えを示した。一つの例として,地圧測定結果を利用した長期強度の推定をおこなった。まず,主応力線図1-3線図)上に,これまでに得られた地圧の測定結果をプロットしてみた。その結果では,一つの例外を除いて,全てのデータは1=43なる直線より下に位置することがわかった。比較的安定な岩盤で計測された地圧であることから,これは長期強度を示す直線であり,これより下の領域は,長期間安定な領域といえる可能性が高い。幌延地域で採取されたボーリングコアを用いて,三軸圧縮応力状態におけるデータを取得し,拘束圧が岩石の長期力学的変形挙動に与える影響について検討した。本研究では,まず三軸圧縮試験をおこなった.試験中に載荷速度を速めたり遅くしたりして,強度破壊点付近の応力の増減の程度から,供試体の粘弾性的性質を把握することを試みた。試験では,著者が独自に開発した可視化ベッセルを用い,新規開発した透明なアクリル製プラテンを使用した。試験中の試験片の変形や破断面の状態,そして,試験片からの水の出入りを観察することができた。さらに,三軸圧縮応力下で多段階クリープ試験をおこなった。試験片の変形と連動する写真撮影システムにより,クリープ破壊直前の観察に成功した。これらの試験結果より,拘束圧下でのポアソン比を評価し,コンプライアンス可変型構成方程式のパラメータを求めた。

軟岩の長期挙動に関する研究

大久保 誠介*

JNC TJ8400 2002-062, 57 Pages, 2003/03

JNC-TJ8400-2002-062.pdf:1.14MB

幌延地域で採取されたボーリングコアを用いて、三軸圧縮応力状態におけるデータを取得し、拘束圧が岩石の長期力学的変形挙動に与える影響について検討を実施した。本研究では、まず三軸圧縮試験をおこなった。試験中に載荷速度を速めたり遅くしたりして、そのときの応力の増減の程度から、供試体の粘弾性的性質を把握することを試みた。さらに、三軸圧縮応力下で多段階クリープ試験をおこなった。試験結果よりコンプライアンス可変型構成方程式のパラメータを求めた。なお、試験に際して、著者が独自に開発した可視化ベッセルを用いて三軸試験をおこなった。この可視化ベッセルの外筒は透明なアクリル製であり、試験中に供試体が次第に変形していくことが観察できた。

長期岩盤挙動評価のための巨視的観点による基礎的研究

大久保 誠介*

JNC TJ7400 2001-010, 100 Pages, 2002/03

JNC-TJ7400-2001-010.pdf:23.8MB

本研究は1994年度にはじめたれた、1994年度には,空圧式クリープ試験機の改良を行った。1994年度の終わりに、稲田花崗岩を購入し、P波速度やシュミットハンマー試験などを行った。1995年度には,空圧式クリープ試験機を使用して,湿潤状態の田下凝灰岩のクリープ試験を行った。また,完全応力-歪曲線を求めるために,サーボ試験機を用いて一軸圧縮試験と一軸引張試験を行った。さらに,サーボ試験機を用いて稲田花崗岩の短期クリープ試験を行った。1996年度中に開始する予定である稲田花崗岩を用いたクリープ試験に備えて,油圧式クリープ試験機の改造をおこなった。狙いは,耐久性と安全性の向上である。特に測定装置は,完全に取り替えて新しいものとした。1996年度には,クリープ試験,圧縮試験および引張試験を行った。また,2つの様式(油圧式と空圧式)周圧維持装置を検討した。1997年度には,従来の結果を踏まえた上で、クリープ試験,圧縮試験および引張試験などを行い、引き続き行ってきた田下凝灰岩の長期クリープ試験,稲田花崗岩の中期クリープ試験の結果について報告した。なお,クリープ試験はともに湿潤状態で行った。1998年度は田下凝灰岩のクリープ試験を引続き行った。サーボ試験機を使用した中期クリープ試験機もおこなった。白浜砂岩では,クリープ応力レベル17%でもかなりのクリープ変形が見られた。さらに,3種類の岩石を用いた3軸圧縮試験,一軸引張応力下での除荷・載荷試験結果を行った。1999年度と2000年度は,田下凝灰岩のクリープ試験を引き続きおこなった。また,多連油圧式クリープ試験機と可視化周圧ベッセルを開発し試用した。2001年度(本年度)も田下凝灰岩のクリープ試験を引き続き行った。試験期間はまもなく5年に達する予定で,従来の報告がほとんどない長期間の データを採取中といえる。この結果を第2章で述べる。第3章では,多連油圧式クリープ試験機を用いたクリープ結果を述べた。第4章では,低応力レベルにおける構成方程式について検討した。第5章では,開発した可視化ベッセルを用いた周圧下での実験結果について述べた。第6章では,中間温度領域におけるクリープ試験に関する予備的検討結果について述べた。