地層処分におけるグラウト技術の高度化開発,2; グラウト材料の選定

川口 昌尚; 岸 裕和*; 藤田 朝雄; 岸田 潔*

第13回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.337 - 342, 2013/01

地層処分事業において用いられるグラウト材料が満足すべき材料特性については、これまでの検討においてはフィンランドのPOSIVAが実施したR20プログラムのうちグラウト材料にかかわるプロジェクトであるIMA-projectの例を参考にして設定された選定基準を用いてきた。しかし、この要求基準は本来低アルカリ性セメントを対象として配合の絞り込みを行うための目安として設けられたものであり、施工性に関する要求基準をすべて満足しても実際の現地の亀裂に対する浸透性は保証されない一方で、室内平行平板浸透試験の結果から強度特性やブリーディング特性を満足するためには浸透性を犠牲にしなければならないなどの問題点が明らかとなった。このため本検討においては圧縮特性やブリーディング特性を必須要件から外す一方、原位置の亀裂特性を反映した浸透特性についての選定基準を設けることにより、より現地の地質水理特性に合わせて最適な材料選定を行える選定基準を提案した。同時に、室内試験により得られたグラウト材料の浸透特性をもとに原位置における浸透特性を推定するために必要となる水理学的亀裂開口幅の評価方法について検討を行い、水理学的亀裂開口幅の補正方法について新たな提案を行う。

Development of a grout database for geological disposal of high-level radioactive waste

津田 秀典; Walker, C.; 新貝 文昭*; 岸 裕和*; 油井 三和

Journal of Nuclear Science and Technology, 49(11), p.1110 - 1113, 2012/11

https://doi.org/10.1080/00223131.2012.730901

Japan Atomic Energy Agency (JAEA) has developed a grout database (GDB) comprising the latest technical data of grout materials relevant to the geological disposal of high-level radioactive waste (HLW). Currently, only newly developed grout materials of low pH cements, superfine spherical silica and colloidal silica, which are expected to provide a target pH under 11 leachate, are included in the GDB. Case examples from on-site works and laboratory based tests that have been published in the literature have been used to add construction and material details to the GDB. The GDB is available online for registered users to obtain and provide data of grout technology.

Characteristic evaluation of colloidal silica grout material developed for a high level radioactive waste geological repository

岸 裕和; 川口 昌尚; 内藤 守正; 畑中 耕一郎; 延藤 遵*; 杉山 博一*

原子力バックエンド研究(CD-ROM), 19(1), p.3 - 8, 2012/06

https://doi.org/10.3327/jnuce.19.3

高レベル放射性廃棄物の地層処分施設の湧水抑制対策は、我が国のような地下水が豊富で割れ目が多い岩盤について特に重要であり、日本原子力研究開発機構では、低pHで岩盤への影響が少なく、高い湧水抑制効果を有するグラウト材料の開発を実施している。グラウト材料の低pH性は、長期間に渡る岩盤の変質を抑制し、長期安全性評価における不確実性を低減するうえで重要である。現在検討を進めているグラウト材料には低アルカリ性のセメント系、超微粒で球状のシリカ系の他、コロイダルシリカ系のものがある。ここでは、コロイダルシリカ系のグラウトについて、各種の室内試験により特性を評価した結果について述べる。使用したグラウトは、SiOの濃度,粒子径,表面改質に関して比較ケースを設定した。また、基本的特性の把握のため、pH測定,粘性測定,寸法安定性試験,圧縮強度試験,抵抗性試験を実施した。さらに、長期耐久性の評価のため、主成分であるシリカの溶出試験を実施した。その結果、このグラウトは、pHは要求値11未満で粘性も低く、グラウト材料としての適性が高いと評価された。また、溶出が比較的少ない配合について確認し、原位置での使用に適当な配合を選出することができた。

The JAEA grouting test at the Grimsel test site; Site characterization of a fractured rockmass and preparation of DFN model and its equivalent continuous porous media model

Bruines, P.*; 田中 達也*; 小山 倫史*; 岸 裕和; 中西 達郎; 大西 有三*

Proceedings of 2012 ISRM International Symposium; Rock Engineering and Technology for Sustainable Underground Construction (EUROCK 2012) (USB Flash Drive), 15 Pages, 2012/05

日本原子力研究開発機構は、スイスのグリムゼル岩盤研究所において、グラウトの浸透範囲を管理しつつ、グラウト施工を行う実証試験を予定している。本報告では、グラウト注入の対象範囲及び注入仕様の設定を目的とした、水理地質構造の調査と評価の結果をとりまとめる。同試験場は花崗岩体中に位置し、グラウトは割れ目を主な経路として移動することから、調査・評価結果を3次元的な割れ目ネットワークモデルを用いて統合・記述した。また、着目する岩体の透水性の分布,異方性,割れ目密度及び水圧等の水理特性を可能な限りモデル内に記載する方針を採用したことで、グラウト挙動を再現するモデルとしてふさわしいことがわかった。

慣性項を考慮した単一亀裂グラウト注入モデルと平行平板実験への適用

岸田 潔*; 小林 賢一郎*; 細田 尚*; 藤田 朝雄; 岸 裕和; 葛葉 有史; 延藤 遵*

材料, 61(3), p.245 - 252, 2012/03

https://doi.org/10.2472/jsms.61.245

本研究では、慣性項を考慮した非ニュートン流体としてのグラウト注入のモデルの構築を行い、単一亀裂平行平板モデルという簡略化した岩盤亀裂モデルに対し行われた模型実験に対する数値シミュレーションを行った。その結果、従来モデルと本研究で提案するモデルでは、平行平板での亀裂内のグラウト浸透距離における明瞭な差異は確認できなかったが、圧力の変動や浸透速度に差異が生じることを確認した。また、いずれのモデルにおいてもグラウト材料の要素試験で決定した降伏値や塑性粘度と平行平板実験から推定される塑性粘度に差異があることが確認された。

岩石の強度回復特性・一般化応力緩和挙動に関する研究,4

真田 昌慶; 林 克彦*; 岸 裕和; 武部 篤治*; 大久保 誠介*

JAEA-Research 2011-028, 102 Pages, 2011/11

JAEA-Research-2011-028.pdf:3.08MB

本研究では、「強度回復試験」,「一般化応力緩和試験」,「引張強度試験」を、稚内層硬質頁岩を用いて実施した。その結果、いったん破壊した岩石が、条件が整いさえすれば強度,透水係数ともに回復することがわかった。この結果は、長期間に渡る密閉性,隔離性,安定性,信頼性の確保が極めて重要な岩盤内空洞の安定性評価にとって重要といえる。一般化応力緩和挙動については試験片を水没させた状態で試験を行った。水中で試験を行うことにより、試験片ごとのばらつきの少ない試験結果が得られた。また、一般化応力緩和を開始するまでの載荷過程における歪速度によって、一般化応力緩和試験の結果が異なることを確認した。さらに引張特性については圧裂引張試験と一軸引張試験を水中で行ったところ、気乾状態と比較して、強度が低下し試験片ごとのばらつきの少ない試験結果が得られた。これらの結果は、今後の構成方程式や予測モデルの改良に役立つと言える。

地層処分におけるグラウト技術の高度化開発,2; グラウト材料の浸透特性に関する室内試験

川口 昌尚; 岸 裕和; 延藤 遵*; 杉山 博一*

土木学会平成23年度全国大会第66回年次学術講演会講演概要集(DVD-ROM), p.67 - 68, 2011/09

高レベル放射性廃棄物地層処分施設の建設には、微細な亀裂に対しても注入可能で高い改良目標値に対応でき、かつ長期的な岩盤変質への影響を最小限に抑える低アルカリ性(pH11)のグラウト材料が必要であり、原子力機構では低アルカリ性セメント系グラウト材料,溶液型グラウト材料,超微粒子球状シリカ系グラウト材料の3種類の材料を開発してきた。平行平板を用いた室内浸透試験により、これらの各材料の浸透可能な開口幅の概要の把握を行った。また、浸透特性に影響を与える要因について検討を行った結果、低アルカリ性セメント及び超微粒子球状シリカに関しては、材料の最大粒径が大きく影響しており浸透特性のさらなる向上のためには材料の団粒化を解消することが必要である。溶液型に関しては、設計ゲルタイムと関係なく狭隘部で発生するゲル化が閉塞を起こす原因であり、これを防止するための工夫が必要である。

地層処分におけるグラウト技術の高度化開発,8; 等価多孔質媒体モデルを用いた注入事前解析

葛葉 有史; 岸 裕和; 蓮井 昭則*; 片山 辰雄*; 小山 倫史*

土木学会平成23年度全国大会第66回年次学術講演会講演概要集(DVD-ROM), p.79 - 80, 2011/09

地層処分施設におけるグラウト技術の高度化研究では、グラウト浸透モデルを用いた注入管理方法についての技術開発を行っている。この技術開発では、ネットワーク構造や破砕帯構造で適用可能な、等価多孔質媒体モデルによる注入管理の具体化に向けた検討を行ってきた。本研究では等価多孔質媒体モデルに対して解析理論や解析コードの改良を行い、スイス・Nagraの地下研究施設グリムゼル岩盤研究所(以下、GTS)での地質調査に基づき作成した割れ目モデルに対して、室内試験で得られたグラウト材料の特性を使用して、GTSで予定するグラウト注入試験の事前解析を実施した。事前解析結果では、グラウト注入孔の2m範囲で透水係数が改良されていることが判明した。したがって、今後実施予定のGTSでのグラウト注入現位置試験では、注入孔に対し2m離れた場所に観測孔を削孔したうえで、グラウト注入を行い事前解析結果と実測データを比較検討することで等価多孔質媒体モデルの適用性を評価する予定である。

高レベル放射性廃棄物処分施設における坑道支保工に用いるセメント系材料の低減化技術に関する研究(共同研究)

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。

地層処分におけるグラウト技術の高度化開発,5; 幌延URL原位置適用性試験

岸 裕和; 泉 敦; 戸井田 克*

土木学会平成22年度全国大会第65回年次学術講演会講演概要集(DVD-ROM), p.91 - 92, 2010/09

地層処分施設建設におけるグラウト技術の高度化研究において原位置適用性試験を実施し、開発したグラウト材料及び高圧対応機器の施工性及び適用性の確認、グラウト注入範囲の推定に用いるグラウト浸透モデルの適用性の評価を行った。本稿では、原位置適用性試験における低アルカリ性セメントによるグラウト材料のグラウト注入試験結果について報告する。原位置試験では、適用ステージの数ルジオン程度・以下の透水性の地質に対して、岩盤への有効な注入量を得るために、限界圧力程度による割裂注入が必要となった。割裂注入は選択的な割れ目への注入を促すため、均質なグラウト改良が得られにくいが、グラウトを注入したステージ割れ目の水理的開口幅が50m程度もしくはそれ以下であるため、当グラウトの粒径から必要な方法であったと考えた。