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林 克彦; 岸 裕和; 小林 保之*; 武部 篤治*; 藤山 哲雄*; 平本 正行*; 水谷 和彦*; 森田 篤*
JAEA-Research 2010-059, 92 Pages, 2011/03
JAEA-Research-2010-059.pdf:3.71MB
本検討では、坑道の掘削順序の影響に関する解析的検討、及び昨年度の追加として幌延の岩石試験で得られたひずみ軟化データを反映した解析検討を実施した。掘削順序の影響に関する解析的検討では、2次元モデルによる検討の範囲であるが、ある程度離隔を持った坑道掘削を先行して行い、後ほど坑道間の坑道掘削を行う方法が望ましいこと、ただし使用する掘削機械や実施工レイアウトなどを参考に、より現実的かつ詳細な検討が必要であることを示した。またひずみ軟化データを反映した解析検討では、幌延の岩石試験で得られた実測データを参考にしたモデルを適用することで、より信頼性の高いEDZを示すことができた。さらに、既往の多連設坑道の設計手法に関する検討から、設計実務への適用を指向した設計手法の体系化(案)を作成した。
林 克彦; 野口 聡; 岸 裕和; 小林 保之*; 中間 茂雄; 藤田 朝雄; 内藤 守正; 多田 浩幸*; 熊坂 博夫*; 郷家 光男*; et al.
JAEA-Research 2010-057, 101 Pages, 2011/03
JAEA-Research-2010-057.pdf:7.47MB
高レベル放射性廃棄物の地層処分施設において支保工やグラウトに用いられるセメント系材料は、地下水に溶出し高アルカリ環境を生じさせる。このような高アルカリ環境は、緩衝材や埋め戻し材に使用されるベントナイトや周辺岩盤に変質を生じさせ、処分システムの長期的な性能の確保に不確実性を増大させる結果になることが懸念されている。本研究は、セメント系材料の高アルカリ影響に対するセメント量の低減化の観点から、処分システムの長期的な性能に配慮した材料を主体とする支保構造の技術的成立性について、原子力機構及び清水建設の双方が所有する知見を最大限に活用し、検討・評価するものである。それに基づき、将来の高レベル放射性廃棄物処分施設への適用に向けた実現可能性について課題を取りまとめた。
林 克彦; 岸 裕和; 小林 保之*; 武部 篤治*; 大久保 誠介*
JAEA-Research 2009-058, 106 Pages, 2010/02
JAEA-Research-2009-058.pdf:18.82MB
本研究では、昨年に引続き今後の定量化に向け、「強度回復特性」「一般応力緩和挙動」「引張特性」について、稚内層硬質頁岩のコア試料をもとに実験的な検討を行い、データの蓄積と分析を行った。その結果、強度回復特性については時間依存性があることがわかった。一般化応力緩和挙動については排水条件が挙動に影響していることが判明した。さらに引張特性については一軸引張応力下での完全応力-歪曲線の取得に成功し、わずかではあるが、残留強度を示すことを確認した。また、本年度得られた一軸引張強度はこれまでに得られた圧裂引張強度の最小値と同程度であった。
林 克彦; 岸 裕和; 小林 保之*; 武部 篤治*; 藤山 哲雄*; 平本 正行*; 水谷 和彦*; 森田 篤*
JAEA-Research 2009-056, 86 Pages, 2010/02
JAEA-Research-2009-056.pdf:9.96MB
地層処分施設における多連設坑道設計の詳細化・実用化を図ることを目的として、数値解析に用いる構成則の影響に関する解析的検討、及び3次元モデルによる応力解放率に関する解析的検討を実施した。これらの解析的検討を通じて、多連設坑道の詳細設計時には、対象岩盤がひずみ軟化挙動を示すかどうかを確認し、解析に用いる構成則を適切に選定することが重要であること、及び2次元解析時において、坑道ごとに異なる応力解放率を設定する必要はなく、すべての坑道に対して同値の応力解放率を設定してよいことの2点を結論付けた。
中山 雅; 小林 保之; 野口 聡; 三浦 律彦*; 納多 勝*; 入矢 桂史郎*; 人見 尚*
JAEA-Research 2009-036, 49 Pages, 2009/11
JAEA-Research-2009-036.pdf:20.34MB
幌延深地層研究計画では、坑道の一部において低アルカリ性セメント(HFSC)を用いたコンクリートの施工性確認試験(原位置試験)の実施を計画しており、それまでにHFSCが実工事での施工に耐えうる性能を持つことを確認しておく必要がある。平成20年度は、HFSCを立坑の支保工に適用するための覆工コンクリートとしての配合選定,pH低下挙動の把握及び幌延の地下水を模擬した溶液との相互作用についての検討を実施した。HFSCを用いた覆工コンクリートの配合選定においては、補強繊維であるポリプロピレン短繊維を使用した場合と使用しない場合について、高強度配合と一般強度配合の合計4種類の配合を検討し、推奨配合を選定した。幌延の地下施設建設においては、型枠の脱型などで36時間での極初期強度が要求されるが、HFSC424と高性能AE減水剤の組合せで、要求性能を満足できることを確認した。pH低下挙動については、HFSC226, 325, 424, 523及び吹付け配合のHFSC424に対して、材齢3年または6年における浸漬水のpHの測定及び固相,液相の組成について分析評価した。その結果、pHは11.3程度であり、緩やかに低下する傾向を示した。幌延の地下水を模擬した溶液との相互作用については、HFSC424に対して、溶脱試験を実施した。3日ごとの溶液交換を30回繰り返し、固相及び液相の分析を行った。その結果、HFSC424は、OPCに比べ溶脱量が小さく、溶脱範囲は1/4程度に留まる結果を得た。
中山 雅; 小林 保之; 松田 武*; 納多 勝*; 入矢 桂史郎*; 竹田 宣典*
JAEA-Research 2009-035, 70 Pages, 2009/11
JAEA-Research-2009-035.pdf:11.27MB
高レベル放射性廃棄物の地層処分施設では、坑道の空洞安定性などの観点から、支保工,覆工などにセメント系材料の使用が想定されている。セメント系材料が、地下水と接触することで地下水のpHが12
13程度に上昇することが考えられ、人工バリア材料や天然バリアを変質させ、処分システムの長期性能に影響を及ぼす可能性がある。このような影響を低減することを目的として、原子力機構ではポゾラン反応を利用した低アルカリ性セメント(HFSC)の開発を進めており、幌延深地層研究計画において、HFSCを地下施設建設工事に実際に使用する原位置施工試験を計画している。平成19年度は、HFSC中の鉄筋腐食挙動の評価,HFSCを用いたコンクリート材料のpH低下挙動の把握及びこれまでの知見の整理を実施した。6年間の海洋暴露試験結果からHFSCを用いた鉄筋コンクリートの腐食ひび割れの発生時期を評価した結果、HFSCを用いた鉄筋コンクリートでは鉄筋径を適切に選定することで最大150年程度はひび割れが発生しないことが示唆された。pH低下挙動については、蒸留水への長期浸漬供試体の分析を実施し、pHが緩やかに低下する傾向であることを確認した。また、これまでに得られた知見を整理し、実施工における品質管理手法を取りまとめた。
林 克彦; 小林 保之; 平本 正行*; 水谷 和彦*; 森田 篤*
JAEA-Research 2009-016, 127 Pages, 2009/08
JAEA-Research-2009-016.pdf:5.23MB
本検討では「FEM弾塑性解析手法の信頼性向上に関する検討」として、平成19年度に課題として挙げた「多連設坑道モデルでの適切な解析領域の設定」と「簡略化モデルにおけるピラー全幅が塑性化した場合のFEM弾塑性解析の留意点」について検討した。また、「坑道の安定性向上に関する検討」として「支保工及び補助工法による塑性領域抑制効果」についても検討した。その結果、FEM弾塑性解析における多連設坑道モデルの解析領域は、側方領域3W5W(Wは坑道群幅)、底面領域は3W4W程度が適切であることが判明した。ピラーで塑性領域が干渉し合うような場合には、ピラーに作用する荷重を適切に評価できないことが判明した。このため、ピラー全域が塑性化するようなことがないように坑道間隔を十分に取る必要があると考えられた。また、支保工効果については、支保工の設置時期,剛性により塑性領域抑制効果が異なることを確認した。ピラーの力学特性改良を目的とした補助工法は、塑性領域の抑制効果が大きいことを確認した。
竹田 宣典*; 桑江 ひとみ*; 中山 雅; 小林 保之
コンクリート工学年次論文集(DVD-ROM), 31(1), p.895 - 900, 2009/07
pHが11.0程度の低アルカリ性を有するフライアッシュ高含有シリカフュームセメント(HFSC)について、鉄筋コンクリートとしての適用性を評価することを目的として、コンクリート供試体の6年間の海洋暴露試験を行い、圧縮強度,塩化物イオン侵入量,鉄筋腐食について調査し、腐食ひび割れの発生時期を予測した。その結果、6年間の海洋環境下における圧縮強度の低下はなく、塩化物イオンの侵入は普通ポルトランドセメントに比べて少ないことが明らかになった。また、鉄筋腐食は、塩化物イオンの侵入が少ない時期に生じるが、その進行は遅く、かぶり100mm,鉄筋径22mmの場合の腐食ひび割れ発生時期は50100年後と予測される。以上のことから、HFSCを鉄筋コンクリートに適用する場合には、鉄筋径や使用部位を適切に選定することが重要となることが示唆された。
小林 保之; 山田 勉; 内藤 守正; 油井 三和; 中山 雅; 佐藤 治夫; 西田 孝弘*; 廣永 道彦*; 山本 武志*; 杉山 大輔*; et al.
JAEA-Research 2009-013, 70 Pages, 2009/06
JAEA-Research-2009-013.pdf:8.85MB
高レベル放射性廃棄物処分施設では、施設の建設及び操業中の安全性や作業性確保のため、支保工やグラウト等にセメント系材料を使用することが想定されている。低アルカリ性セメントは、処分システムの長期挙動評価において、高アルカリ性に起因する不確実性を低減させることを目的に開発されているものである。本報告では、既報「高レベル放射性廃棄物処分施設への低アルカリ性セメントの適用性に関する研究(その1)」にて整理したセメント系材料の要求機能をもとに、国内外で開発されている各種低アルカリ性セメント及びコンクリートの諸物性に関する評価の現状調査,適用部位を考慮した低アルカリ性コンクリートの配合検討を行い、今後の課題を抽出した。その結果、初期物性,硬化体物性について各種低アルカリ性セメントは普通ポルトランドセメントとほぼ同等であり、耐溶出性に優れていることが確認された。配合検討では、原子力機構にて開発したHFSCは適切な配合を選定することで、吹付け及び覆工コンクリートへ適用可能との見通しが得られた。今後の課題としては、地下水組成が水和物の溶出特性に与える影響の解明,硬化体からの浸出水のpHの測定方法の精査,鉄筋など鋼材を用いた場合の腐食挙動の評価等が挙げられた。
岩月 輝希; 佐藤 治夫; 棚井 憲治; 稲垣 学; 澤田 淳; 新沼 寛明; 石井 英一; 前川 恵輔; 戸村 豪治; 真田 祐幸; et al.
JAEA-Research 2009-002, 156 Pages, 2009/05
JAEA-Research-2009-002.pdf:12.86MB
「高レベル放射性廃棄物の地層処分基盤研究開発に関する全体計画」及び研究技術開発の現状に基づいて既往の研究計画を更新し、幌延深地層研究計画第2段階における平成2021年度の具体的な研究計画を作成した。計画検討にあたっては、施設建設工程などの制約条件を踏まえたうえで、深地層の科学的研究,地層処分研究開発にかかわる研究技術開発(地質環境特性調査評価技術,地下施設建設に伴う地質環境変化の調査評価技術,深地層における工学技術,地層処分に必要な工学技術,安全評価技術など)の今後の実施計画として、ボーリング調査計画やモニタリング計画,工学試験などの計画検討を行ったうえで、各課題の現中期計画終了時の達成目標を明確化した。
小林 保之; 山田 勉; 内藤 守正; 油井 三和; 中山 雅; 佐藤 治夫; 西田 孝弘*; 廣永 道彦*; 山本 武志*; 杉山 大輔*; et al.
JAEA-Research 2008-112, 43 Pages, 2009/03
JAEA-Research-2008-112.pdf:4.58MB
高レベル放射性廃棄物の地層処分施設の建設では、坑道の空洞安定性や湧水の抑制、あるいは施設操業時の作業性を確保するため、支保工,グラウト,覆工等にセメント系材料の使用が想定される。しかし、セメント系材料の使用は、周囲地下水のpHを上昇させ、人工バリア材や天然バリアである岩盤が変質する可能性があり、処分システムの長期性能に有意な影響を与えることが懸念されている。以上の背景から、地層処分向けの低アルカリ性セメントに関する研究開発が国内外で進められており、日本原子力研究開発機構では、これまでに支保工や覆工への適用性の検討を重ね、今般幌延の地下研究施設において施工試験を行う計画である。一方、電力中央研究所では、放射性廃棄物処分全般にかかわるセメント系材料の研究開発を実施してきている。本共同研究報告では、高レベル放射性廃棄物処分施設で使用することを想定したセメント系材料について、その適用性を評価するうえで必要となる処分場とその周辺の地質環境条件を整理したうえで、セメント系材料の適用部位や処分の各段階で要求される機能と性能を抽出・整理し、今後の低アルカリ性セメント開発に資するよう取りまとめを行った。
大久保 誠介*; 林 克彦; 小林 保之; 平本 正行*
JAEA-Research 2008-106, 91 Pages, 2009/02
JAEA-Research-2008-106.pdf:6.08MB
支保工が設置される堆積岩系の地下坑道岩盤は支保内圧と地圧の双方が作用し、一般に時間の経過に伴い強度が回復するという特性を有していることが知られている。この強度回復特性は空洞の安定性や処分場閉鎖後の長期力学挙動の評価において配慮すべきものであり、本研究は、幌延深地層研究計画のコア試料をもとに実験的な検討を通じて、強度回復特性,一般応力緩和挙動や引張特性について今後の定量化に向けたデータの蓄積と分析を実施したものである。
松田 武*; 納多 勝*; 入矢 桂史郎*; 小西 一寛*; 中山 雅; 小林 保之
JAEA-Research 2007-089, 139 Pages, 2008/05
JAEA-Research-2007-089.pdf:13.57MB
幌延深地層研究センターでは、地下施設の一部において低アルカリ性セメント(HFSC)を用いたコンクリートの施工性確認試験(原位置試験)の実施を計画している。それまでにHFSCが実工事で施工可能な性能を持つことを確認しておく必要がある。本年度は、幌延地下施設内での原位置試験計画を検討するとともにHFSCコンクリート材料のpH低下挙動の把握を実施した。また、HFSCを用いた原位置試験計画では、HFSC424N(普通ポルトランドセメント:シリカフューム:フライアッシュ=4:2:4)を吹付けコンクリートとして使用することを前提とした原位置試験計画を検討した。実施場所は地下施設の140m坑道、試験期間は10年程度を目安とし、普通コンクリート支保工との比較が可能な計画とした。また、現地で調達する材料を使用した場合もその強度を満足できることを確認するため、平成17年度に選定した配合に基づき、現地調達の細骨材・粗骨材を使用して強度試験などを実施した。HFSCコンクリート材料のpH低下挙動の把握に関しては、長期間の密封浸漬試験の供試体について、浸漬液のpH測定及び成分分析並びに固相の成分分析を行った。
平本 正行; 小林 保之; 青柳 茂男*; 宮野前 俊一*
JAEA-Research 2008-013, 62 Pages, 2008/03
JAEA-Research-2008-013.pdf:9.17MB
本研究では、ニアフィールド岩盤の長期力学挙動予測評価手法の信頼性向上に関する検討として、緩衝材の膨潤圧とオーバーパックの腐食膨張圧がニアフィールド岩盤の長期安定性に与える影響について検討した。緩衝材の膨潤挙動を温度荷重で、オーバーパックの腐食膨張挙動を強制変位でモデル化し、ニアフィールド岩盤の長期力学挙動の予測解析を行った。その結果、緩衝材の膨潤圧やオーバーパックの腐食膨張圧が内圧としてニアフィールド岩盤に作用することで、ニアフィールド岩盤の長期安定性が向上し、緩衝材の膨潤圧やオーバーパックの腐食膨張圧を考慮していない従来の評価手法が保守側の結果を与えることを示した。ただし、例外として、緩衝材の剛性が高く、岩盤の初期応力が小さな場合においては、処分孔壁面近傍に引張破壊による緩み領域が発生する可能性が示された。そのような場合、緩衝材が岩盤中に発生した亀裂に流出することで、人工バリアの機能低下が起こる可能性が懸念される。
平本 正行; 小林 保之; 大久保 誠介*
JAEA-Research 2008-002, 60 Pages, 2008/03
JAEA-Research-2008-002.pdf:2.52MB
岩石の強度回復特性及び一般化応力緩和挙動に関する研究を行った。使用した供試体は、幌延深地層研究計画におけるボーリング調査(HDB-10, HDB-11)で採取した稚内層硬質頁岩である。強度回復特性に関する試験では、荷重の保持時間が長いほど強度回復が大きく、一軸圧縮強度が小さいHDB-10孔の方が強度回復が大きい結果となった。ただし、試料としてまだ2地点のみの結果であるため、試料の採取場所による影響を定量的に評価することは現段階では困難であり、今後さらなるデータの蓄積が必要であると考える。この強度回復特性は、長期に渡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と考える。一般化応力緩和挙動に関する試験では、稚内層硬質頁岩は、三城目安山岩及び河津凝灰岩の示す挙動と定性的には同じであったが、試験結果のばらつきが大きく定量的に評価することは現段階では困難であり、今後さらなるデータの蓄積が必要であると考える。この一般化応力緩和挙動は、従来のクリープ試験や応力緩和試験では得られない情報を追加し、コンプライアンス可変型構成方程式の検証及び高度化に役立つと考える。
平本 正行; 小林 保之; 中間 茂雄; 水谷 和彦*; 森田 篤*
JAEA-Research 2008-001, 84 Pages, 2008/03
JAEA-Research-2008-001.pdf:13.19MB
本検討では、地層処分施設における多連設坑道の設計手法について、第2次取りまとめの考え方に基づき、さらに詳細化・実用化を図ることを目的とし、EDZの発生挙動に関する検討(2章),ピラーの安定性評価に関する検討(3章)を行った。2章では、一処分パネル規模の坑道群をモデル化した「多連設坑道モデル」を対象に解析的検討を実施し、EDZの発生挙動について検討した。解析モデルの違いによる影響を把握するため、第2次取りまとめの解析モデルを地表面まで考慮した「簡略化モデル」についても検討した。その結果、両モデルはEDZの発生挙動が大きく異なることから、EDZの発生挙動を正確に予測評価するには、多連設坑道モデルを用いて解析領域を十分に確保することが重要であると考える。3章では、「ピラー強度」と「ピラーに作用する荷重」の2つの観点から、類似構造物におけるピラーの安定性評価に関する考え方をもとに、地層処分施設におけるピラーの安定性評価方法について検討した。その結果、多連設坑道モデルによる数値解析を実施すれば、ピラー強度及びピラーに作用する荷重をともに適切に評価できることから、地層処分施設におけるピラーの安定性評価方法を提案した。
梅田 浩司; 大井 貴夫; 大澤 英昭; 大山 卓也; 小田 治恵; 亀井 玄人; 久慈 雅栄*; 黒澤 英樹; 小林 保之; 佐々木 康雄; et al.
JAEA-Review 2007-050, 82 Pages, 2007/12
JAEA-Review-2007-050.pdf:28.56MB
本報告書は、2006年度(平成18年度)の地層処分技術に関する各々のプロジェクトにおける研究開発の現状とトピック報告を示した年度報告書である。
山田 勉; 平本 正行; 小林 保之; 油井 三和; 佐藤 治夫; 松井 裕哉
JAEA-Review 2007-008, 44 Pages, 2007/03
JAEA-Review-2007-008.pdf:4.76MB
フィンランドのPOSIVAでは、地下研究施設ONKALOの建設及び操業によって誘発される擾乱の評価を行っている。本報告書は、POSIVAが示した評価と幌延における深地層の研究施設の建設時に持ち込まれる工学材料を参考に、実際の地層処分場施設の建設や操業に必要な技術を選定するうえで考慮すべき閉鎖後のシステムの長期性能に影響すると考えられる工学材料を抽出するとともに、使用した場合の影響の低減方法や今後の課題を取りまとめたものである。
小林 保之; 山田 勉; 中山 雅; 松井 裕哉; 松田 武*; 小西 一寛*; 入矢 桂史郎*; 納多 勝*
JAEA-Review 2007-007, 42 Pages, 2007/03
JAEA-Review-2007-007.pdf:3.12MB
高レベル放射性廃棄物の地層処分施設では、建設・操業中の安全性を確保するため、吹付けや覆工コンクリート等、さまざまなコンクリート材料が使用される。コンクリートは、骨材,セメント,混和材等から構成される複合材料であり、これに含まれるセメントの高アルカリ成分がバリアシステムの長期安定性へ影響を及ぼすことが懸念され、日本原子力研究開発機構(以下、原子力機構)では、HFSCと呼ばれる低アルカリ性セメントの研究開発を進めてきている。また、原子力機構では、北海道幌延町にて地下研究施設(Underground Research Laboratory、以下URL)を建設中である。本書は、地層処分施設の建設に用いられるセメント系材料の要求性能について整理するとともに既往の低アルカリ性セメントの研究開発についてのレビューを行いHFSCを用いた吹付けコンクリートのURLにおける原位置試験計画を示したものである。計画の立案に際しては、これまでHFSCを使用したコンクリートの施工実績がないことから、施工性能,力学的性能を十分確認したうえで実施工に適用する計画とした。また、実環境でのポゾラン反応の進行度,劣化外力への抵抗性等、耐久性能についても調査する計画とした。
藤田 朝雄; 谷口 直樹; 松井 裕哉; 棚井 憲治; 西村 繭果; 小林 保之; 平本 正行; 前川 恵輔; 澤田 淳; 牧野 仁史; et al.
JAEA-Research 2007-045, 140 Pages, 2007/03
JAEA-Research-2007-045-1.pdf:38.33MBJAEA-Research-2007-045-2.pdf:44.62MB
本報告書では、堆積岩で塩水系地下水を対象とした幌延深地層研究計画において段階的に得られる地質環境条件を一つの適用例として、第1段階である地上からの調査で得られた情報をもとに処分場の設計技術や性能評価技術それぞれの適用性について論じるとともに、必要に応じて実施した技術の改良や代替技術の開発状況を取りまとめた。処分技術の信頼性向上では、最新の知見を踏まえ第2次取りまとめにおいて示された処分場全体設計フローの更新や人工バリアなどの設計手法の詳細化、並びに設計における地質環境条件の一般的な留意点や設計入力データ項目について整理を行った。また、これらを踏まえ、幌延の地質環境条件を一例とした場合の施設設計,人工バリア設計及び閉鎖設計を通じて第2次取りまとめで採用された設計手法が適用可能であることがわかった。安全評価手法の高度化については、第2次取りまとめにおいて示された安全評価手法を実際の地質環境に適用するために必要な具体的な作業をフローとして構築した。これに基づき、幌延の地質環境条件を一例として物質移行解析を行い、これらの検討を通じて第2次取りまとめの手法を堆積岩地域に適用した場合の調査から解析・評価に至る一連の方法論及び、その過程で得られるノウハウや知見,調査や解析上の留意点を整理した。