超深地層研究所計画(岩盤力学に関する調査研究); 深度100mにおける岩盤力学ボーリング調査

平野 享; 中間 茂雄; 山田 淳夫*; 瀬野 康弘*; 佐藤 稔紀*

JAEA-Research 2010-002, 48 Pages, 2010/06

JAEA-Research-2010-002.pdf:5.92MB

超深地層研究所計画の第2段階では「研究坑道の掘削を伴う調査・研究による地質環境モデルの構築」が成果目標の一つとして設定されており、そのための調査研究の一環として本調査を実施した。土岐夾炭累層に設けた深度100mの研究坑道からボーリング孔を掘削し、被覆層の力学的な地質環境(岩石の物理・力学的特性,岩盤初期応力)を把握した。その結果、岩石の物理・力学的特性はMIZ-1号孔の調査結果と同程度の値が示され、第1段階の調査で深度100mの物理・力学的特性がおおむね予測されていることを確認した。また、初期応力状態は、最大主応力の方向が、MIZ-1号孔の調査において土岐夾炭累層の下位に位置する土岐花崗岩で認められた方向と類似しており、また、広域ひずみ場とも調和していた。しかし、応力値は土岐花崗岩での値に外挿して得られるものとは異なり、土岐夾炭累層と土岐花崗岩の境界において初期応力が不連続的に変化する(応力のデカップリングが生じている)ものと考えられた。

Surface structure of LiNiCoO; A New experimental technique using in situ X-ray diffraction and two-dimensional epitaxial film electrodes

坂本 和幸*; 平山 雅章*; 園山 範之*; 森 大輔*; 山田 淳夫*; 田村 和久; 水木 純一郎; 菅野 了次*

Chemistry of Materials, 21(13), p.2632 - 2640, 2009/05

https://doi.org/10.1021/cm8033559

放射光を用いたX線回折とエピタキシャル薄膜電極を用いて、LiNiCoOの充放電過程における表面とバルク構造の変化を調べた。(110)面電極では、充放電に伴うバルク構造の変化が確認できたのに対して、(003)面電極では、35Vで(デ)インターカレーションが確認できなかったが3Vより負側で3次元的なリチウムの拡散が起こることが確認できた。このことから、電極表面近傍では、表面とバルクでは構造変化が異なることが明らかになった。

Characterization of electrode/electrolyte interface using X-ray reflectometry and LiNiCoO epitaxial film electrode synthesized by pulsed laser deposition method

平山 雅章*; 坂本 和幸*; 平出 哲也*; 森 大輔*; 山田 淳夫*; 菅野 了次*; 園山 範之*; 田村 和久; 水木 純一郎

Electrochimica Acta, 53(2), p.871 - 881, 2007/12

https://doi.org/10.1016/j.electacta.2007.07.074

X線を用いたリチウムイオン電池中の電極/溶液界面の構造変化を調べるための手法について検討を行った。電極は単結晶SrTiO基板上に、パルスレーザー堆積法により作成した。SrTiOの面方位を変えることで、堆積するLiNiCoO薄膜の方位を制御した。実験の結果、LiNiCoO(110)/溶液界面では、充放電第一サイクル目で固液界面で新たな薄膜が形成されるのに対して、(003)面/溶液界面では薄膜は形成されずに、ラフネスが増加することがわかった。

Characterization of electrode/electrolyte interface for lithium batteries using synchrotron X-ray reflectometry; A New experimental technique for LiCoO model electrode

平山 雅章*; 園山 範之*; 安部 武志*; 箕浦 真知子*; 伊藤 真純*; 森 大輔*; 山田 淳夫*; 菅野 了次*; 寺嶋 孝仁*; 高野 幹夫*; et al.

Journal of Power Sources, 168(2), p.493 - 500, 2007/06

https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.03.034

パルスレーザー堆積法により作成したLiCoOエピタキシャル薄膜を電極として、X線反射率測定により、電極/溶液界面の構造解析を行った。薄膜成長後に形成された不純物層が溶液に浸漬することで溶解し、新たなSEI層が形成されることがわかった。(110)面では、充放電によりラフネスが増加するが、(003)面では変化がないことがわかった。

超深地層研究所計画(第1段階)における岩盤力学調査研究

中間 茂雄; 山田 淳夫; 青木 俊朗; 佐藤 稔紀

サイクル機構技報, (26), p.77 - 86, 2005/03

https://rdreview.jaea.go.jp/gihou/pdf3/n26-07.pdf

本調査研究では、超深地層研究所計画第1段階(地表からの調査予測研究段階)において、研究坑道掘削前の岩盤の物理・力学的な特性、初期応力状態を調査した。また、研究坑道掘削に伴う坑道周辺岩盤の挙動予測に関する解析・検討を行った。調査の結果、研究所用地における岩盤は、一部風化変質などによる強度低下部がみとめられるものの、見かけ比重が2.302.65、一軸圧縮強度が64212MPa、ヤング率が2068GPaであり、我が国における一般的な花崗岩とほぼ同様の物性であることが確認された。また初期応力状態は概ね最大主応力方向が北北西方向であり、研究所用地周辺の測地学的な広域ひずみ場と同様の傾向が認められた。これらの結果に基づいて土岐花崗岩の力学物性および初期応力状態を設定し、第2段階以降の研究坑道の掘削による坑道周辺岩盤の挙動予測解析を実施した。予測解析では、掘削損傷領域を考慮する方法を検討し、その結果、既存き裂の伸長や新規き裂の発生により、変形や局所安全率、透水係数、き裂の開口量などの変化が坑道周辺に生じることが想定された。

土岐花崗岩の力学的性質の分布特性

羽柴 公博; 中間 茂雄; 山田 淳夫; 佐藤 稔紀

no journal, , 

地下構造物を設計するためには、岩盤物性値の分布特性を把握することが重要である。しかし、き裂や断層を含む岩盤の物性値の取得には、多大な手間と時間がかかる。そのため、岩石コアの力学的性質の分布特性に関する研究は数多く行われてきているものの、原位置岩盤を対象とした研究結果は少ないのが現状である。本研究では、音波検層結果とコアの室内試験結果を用いて、土岐花崗岩のヤング率の分布特性を検討した。まず、土岐花崗岩の場合、き裂や断層を含んだ原位置岩盤のヤング率が、音波検層結果から推定できることを示した。土岐花崗岩では、割れ目の頻度にかかわらず、推定した原位置岩盤のヤング率はほぼワイブル分布に従うことがわかった。原位置岩盤のヤング率のばらつきは、下部割れ目低密度帯では比較的小さいものの、断層周辺ではかなり大きくなることを、ワイブル分布の均一性係数を用いて定量的に示した。

超深地層研究所計画; 岩盤力学に関する調査研究

松井 裕哉; 平野 享; 中間 茂雄; 山田 淳夫*; 瀬野 康弘*; 佐藤 稔紀*

no journal, , 

本ポスターは、超深地層研究所計画における坑道掘削時の調査研究段階(第2段階)の成果について、岩盤力学の分野においてこれまで得られたものを概略説明するものである。主としてポスターは、2006年度に実施した研究坑道のGL.-100m深度(堆積岩)における初期応力測定及び岩石の力学・物理試験の結果とそこから得られた知見を説明し、また、実施予定であるGL.-200mでの調査研究項目を示している。そのほか、岩盤力学の分野における調査研究の位置づけと処分事業とのかかわりについて補足した。