Fracture characterization and rock mass damage induced by different excavation methods in the Horonobe URL of Japan

常盤 哲也*; 津坂 仁和*; 青柳 和平

International Journal of Civil Engineering, 16(4), p.371 - 381, 2018/04

https://doi.org/10.1007/s40999-016-0126-y

We conducted detailed fracture mapping of the soft sedimentary rocks (uniaxial compressive strength of 10-20 MPa) in shaft walls at the Horonobe Underground Research Laboratory to characterize fractures and to understand the influence of different excavation methods on rock mass damage. The mapping indicates that the fractures are numerous and can be divided into shear fractures and extension fractures. On the basis of orientation and frequency, the shear fractures are inferred to be pre-existing fractures, and the extension fractures are considered to be newly formed fractures (EDZ fractures) induced by the shaft excavation. The frequencies of pre-existing and newly formed fractures have a negative correlation, and we infer that stress relief leads to the formation of excavation damaged zone by the generation of the newly formed fractures in the parts of shaft that have intact rock, and by the reactivation of pre-existing fractures where such fractures are numerous. Although more newly formed fractures are formed by blasting excavation than by mechanical excavation, there is little difference in the comparative excavation rates. These results indicate that rock mass damage is caused by the mode of excavation rather than excavation rate. Therefore, the mechanical excavation is preferred to blasting excavation from the viewpoint of minimizing rock mass damage.

Excavation damaged zone inferred by geophysical surveys on drift floor of Horonobe URL

常盤 哲也*; 青柳 和平; 藤田 朝雄

Rock Mechanics and Rock Engineering; From the Past to the Future (EUROCK 2016), p.901 - 906, 2016/07

Seismic refraction surveys were carried out on the floor of a drift in the Horonobe URL of Japan for understanding of the extent of EDZ. As a result, the extent of the low velocity zone ranges from 1.5 to 3.0 m; the extent on the center line of the drift is the largest. On the other hand, the extent of the EDZ on the drift wall is less than 1.0 m from previous studies. Thus, it is considered that the excavation damage on the drift floor is much larger than that of on the drift wall. Also, the result of the numerical analysis is consistent with that tendency. Furthermore, we also suggest the conceptual model of the EDZ showing the extent, hydraulic and mechanical properties of rock mass, and characteristic of the fracture from the results of this research and previous studies.

Hydrogeomechanical investigation of an excavation damaged zone in the Horonobe Underground Research Laboratory

青柳 和平; 津坂 仁和*; 野原 慎太郎*; 窪田 健二*; 常盤 哲也*; 近藤 桂二*; 稲垣 大介*

Proceedings of 8th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS-8) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2014/10

In a construction of a deep underground facility such as repository for high-level radioactive waste (HLW) disposal, significant changes in hydrogeomechanical properties around a gallery are expected. This zone is called an Excavation Damaged Zone (EDZ). For the safety of HLW disposal, it is necessary to investigate extent and hydrogeomechanical characteristics of an EDZ. In this research, the authors conducted in situ surveys such as seismic refraction survey, geological observation around a gallery, borehole television survey, and hydraulic tests in the Horonobe Underground Research Laboratory. From the results of those surveys, the authors concluded that the extent of the area with high-density of fractures and high hydraulic conductivity was estimated to be about 0.2 to 1.2 m into the gallery wall. The authors also compiled the information of the extent of an EDZ and hydrogeomechanical properties inside and outside of an EDZ as a conceptual model. Since the conceptual models provide the basic idea for determining flow and solute transport in an EDZ, the result of this research provides a useful data for a safety assessment of the HLW disposal.

幌延深地層研究計画における地震研究; 地震観測データおよびそれらの解析結果; 20032012年度

落合 彰二; 浅森 浩一; 常盤 哲也; 野原 壯; 松岡 稔幸

JAEA-Research 2014-002, 69 Pages, 2014/03

JAEA-Research-2014-002.pdf:7.39MB

本研究の目的は、地質環境の長期安定性に関する地震データを得るために必要な観測技術と解析技術を検討することである。幌延地域を事例とした地震観測網の整備と約9年間の観測を通じて、多雪寒冷な環境下に対するピットを用いた地震計設置の有効性などの観測技術を確認した。比較的軟弱な地盤における観測点の性能は、バックグラウンドノイズと地震を識別できる加速度が1mGal程度であった。解析技術については、観測データが震源決定に有効な範囲を確認した。また、Multiplet-clustaring法とDouble-Difference法(DD法)を適用することにより、震源決定精度を高めるための解析条件を確認した。これらの解析法は震源が集中するときに適用性が高いと推定された。DD法は震源に近い観測点を含む多数のデータを用いた結果、解析結果の信頼性が向上した。メカニズム解を求めた結果、東西圧縮の逆断層型が認められた。これは想定されている広域応力場や地質構造と調和した。

Influence of fracture orientation on excavatability of soft sedimentary rock using a hydraulic impact hammer; A Case study in the Horonobe Underground Research Laboratory

津坂 仁和; 常盤 哲也

Tunnelling and Underground Space Technology, 38, p.542 - 549, 2013/09

https://doi.org/10.1016/j.tust.2013.08.007

日本における高レベル放射性廃棄物の地層処分において、4万本の廃棄体の処分のためには総延長約300kmの処分坑道が必要となると試算されている。このため、効率的な地層処分事業の観点からは、母岩の掘削性が必要な調査項目となる。本研究では、ブレーカによる坑道掘削の掘削速度に影響を及ぼす岩石の強度特性に加え、岩盤に内在する割れ目の影響を分析した。対象とした坑道は、堆積軟岩に建設中の幌延深地層研究所の250m調査坑道である。坑道掘削において、1掘進ごとに、掘削面の詳細な地質観察による割れ目分布とエコーチップ反発度試験による岩石の強度特性の分布を調査した。結果として、岩盤中の主要な割れ目の方向と並行に掘削した坑道よりも、同方向と直交するように掘削した坑道の方が、掘削速度が約1.3倍大きい結果を得た。また、掘削速度と掘削面に分布する割れ目の頻度との関係においては、岩盤中の主要な割れ目と直交する方向に掘削した坑道において、両者の明瞭な相関関係があった。本研究の結果より、地層処分場の処分坑道のレイアウトの検討において、坑道の掘削性の観点からは、地上からの調査段階の結果として得られる岩盤中の主要な割れ目の方向と坑道軸方向を直交させることが望ましいことが明らかとなった。

GPS観測データを用いた東北沖太平洋地震前後における北海道北部の地殻変動解析

常盤 哲也; 杉本 慎吾*

JAEA-Data/Code 2012-033, 28 Pages, 2013/03

JAEA-Data-Code-2012-033.pdf:10.56MB

本研究は、2011年3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震による北海道北部地域の地殻変動を把握することを目的とし、原子力機構及び国土地理院で取得したGPS観測データ(2010年10月1日から2011年5月31日)をもとにして、地震発生時付近の地殻変動に関する解析を行った。その結果、地震発生前後の地殻変動は、北北西-南南東方向で変位し、その大きさは西側ほど大きい傾向が認められた。つまり幌延町周辺を固定点とした場合、東側は北側へ、西側は南側へ変位していることがわかった。観測期間が半年という短い期間であるが、この傾向はほぼ東西圧縮場である従来の地殻変動と異なる結果である。

Repetition of spectral analysis on rock permeability applied to seven years record of pore-pressure response to atmospheric loading at the Horonobe URL in Japan

宮川 和也; 野原 壯; 常盤 哲也; 山崎 雅則*

第13回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.1027 - 1032, 2013/01

本研究では、幌延深地層研究計画に基づき、地下施設近傍のボーリング孔において実施している長期水圧モニタリングのデータ解析により、地下施設の建設が周囲の帯水層へ影響を与え、鉛直方向の透水性を低下させることを明らかにした。地下施設から約130mの距離では立坑の掘削から約5年間で、鉛直方向の水頭拡散率が地下施設の建設前段階と比較して、約70%低下していたことがわかった。立坑の掘削に伴って大量の地下水が排水されるが、この透水性の変化は、地下水の排水に伴う間隙水圧の低下に因る岩盤中の間隙率の低下が要因と考えられる。本研究で提示した、透水性の時間変化の調査解析手法は、地下施設の建設が周囲の帯水層に与える水理的影響の定量的な評価に貢献できると考えられる。

Geomechanical assessment of excavation damaged zone in the Horonobe Underground Research Laboratory, Japan

青柳 和平; 津坂 仁和; 常盤 哲也; 近藤 桂二; 稲垣 大介

第13回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.905 - 910, 2013/01

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、坑道掘削により坑道周辺岩盤に力学的,水理学的,地球化学的特性に影響を与えると予想される掘削影響領域(EDZ)の定量的な評価が重要である。幌延深地層研究所の地下250m坑道において、EDZを評価するために、弾性波トモグラフィ調査と、トモグラフィ領域内における岩石コア観察を行った。これらの原位置測定や観察に加えて数値解析も行い、坑道周辺の損傷領域を求めた。弾性波トモグラフィ調査の結果、壁面から約0.6m奥の地点まで顕著な速度低下領域が認められた。また、その領域における岩石コア観察の結果から、壁面から約0.3m奥までの岩石コア中に掘削に伴う割れ目(EDZ割れ目)が多く認められた。さらに、数値解析により、微小き裂が発生している領域は、壁面から0.2mの範囲であることが示された。これらの結果から、速度低下領域とEDZ割れ目の集中する部分はおおむね整合することが示された。

北海道北部におけるGPS観測データを用いた地殻変動解析

常盤 哲也; 杉本 慎吾*

JAEA-Data/Code 2012-024, 53 Pages, 2012/12

JAEA-Data-Code-2012-024.pdf:5.36MB

本研究では、GPS観測データを利用して、幌延地域を含む北海道北部を対象とした地殻変動の特徴を把握するための解析調査を実施した。調査内容は、北海道北部内の33点分のGPS連続観測システムのデータを用いて、2000年10月から2010年10月までの約10年間の観測点座標を算出し、その座標データを用いて、各観測点の変位速度、及び、歪速度推定を行った。その結果、本地域は東西に近い圧縮場であり、面積歪速度, 最大せん断歪速度はそれぞれ、-70-1010, 5012010 strain/yearであった。

幌延深地層研究計画平成22年度地下施設計測データ集

稲垣 大介; 澤田 純之; 常盤 哲也; 津坂 仁和; 天野 由記; 新沼 寛明*

JAEA-Data/Code 2012-019, 137 Pages, 2012/09

JAEA-Data-Code-2012-019.pdf:8.25MB
JAEA-Data-Code-2012-019-appendix(DVD-ROM)-1.zip:1396.83MB
JAEA-Data-Code-2012-019-appendix(DVD-ROM)-2.zip:876.34MB
JAEA-Data-Code-2012-019-appendix(DVD-ROM)-3.zip:1053.87MB
JAEA-Data-Code-2012-019-appendix(DVD-ROM)-4.zip:853.24MB
JAEA-Data-Code-2012-019-appendix(DVD-ROM)-5.zip:657.5MB

幌延深地層研究計画では、換気立坑,東立坑及び140m, 250m水平坑道の掘削とともに、第2段階の調査研究を実施している。本調査研究では、計測データを当該切羽や後続施工箇所の設計・施工にフィードバックする情報化施工プログラムを実施しており、毎掘削断面において、岩相及び割れ目などの壁面観察や、簡易弾性波探査・シュミットハンマー反発度試験・エコーチップ硬さ試験及び点載荷試験等の原位置試験を行い、特定断面では地中変位測定・ロックボルト軸力測定・吹付けコンクリート応力測定及び覆工コンクリート応力測定等のデータを取得している。また、第1段階で実施した地下施設の坑道掘削に伴う湧水量の予測解析結果の妥当性を確認することを目的とし、掘削工事の進行に伴う湧水量や水質の変化に関するデータを取得した。本報告書は、2010年度(平成22年度)に実施した東立坑(GL-210mから-250mまで)、並びに250m水平坑道で得られた調査・計測データをとりまとめたものである。