掘削体積比エネルギーを用いた原位置岩盤物性評価に関する研究(共同研究)

引間 亮一*; 平野 享*; 山下 雅之*; 石山 宏二*; 丹野 剛男*; 真田 祐幸; 佐藤 稔紀

JAEA-Research 2013-040, 51 Pages, 2014/03

JAEA-Research-2013-040.pdf:6.86MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発では、岩盤の力学特性や初期応力状態を評価して岩盤力学モデルを構築し、坑道掘削時の力学的安定性を評価するとともに、岩盤の長期的な挙動を評価することが重要な課題とされている。坑道掘削前のボーリングコアなど限られた情報からでは、割れ目を含む原位置岩盤の力学特性を精度よく評価することは困難であるため、原位置岩盤の力学特性を簡便で精度よく把握する手法として、掘削機械の掘削データから得られる掘削体積比エネルギーに基づく原位置岩盤物性評価手法に関する研究を実施した。その結果、以下の知見を得た。(1)基礎実験から得られたSEによる強度推定式より、原位置の岩盤強度を概ね正しく評価することができ、その誤差は2030%であった。(2)基礎実験から得られた削孔速度による強度推定式では、岩盤強度を正しく評価できないことがわかった。(3)1つの推定式からより広範囲の岩盤強度を算出できる可能性を示した。本報告書は、2010年度2012年度の3年間で実施した共同研究の成果をまとめたものである。

Onset and evolution of =2/1 neoclassical tearing modes in high- mode discharges in JT-60U

諫山 明彦; 松永 剛; 平野 洋一*; JT-60チーム

Plasma and Fusion Research (Internet), 8, p.1402013_1 - 1402013_8, 2013/03

https://doi.org/10.1585/pfr.8.1402013

JT-60Uにおける=2/1の新古典テアリングモード(NTM)の発生と成長に関して、類似の放電条件のデータを解析した(はポロイダルモード数、はトロイダルモード数)。その結果、約80%の放電においては明確なトリガー事象がなく成長していて、残りは=2/1有理面でのコラプスによりトリガーされていることがわかった。前者では規則的な磁場揺動が徐々に増大するが、後者では発生時から振幅が大きく振動は不規則である。また、コラプスにより電子温度が20%程度変化するものは2/1NTMをトリガーするが、より小さいコラプス(電子温度の変化が7%)ではNTMをトリガーしないことがわかった。このことはNTMをトリガーするためのコラプスの大きさに閾値があることを示唆している。このコラプスの発生領域や時間変化は、以前観測されたBarrier Localized Modeに類似している。

超深地層研究所計画における岩盤力学に関する調査研究,年度報告書; 2009年度

丹野 剛男; 平野 享*; 松井 裕哉

JAEA-Research 2011-013, 59 Pages, 2011/06

JAEA-Research-2011-013.pdf:5.39MB

本報告は、2009年度に実施した岩盤力学に関する次に示す項目の調査研究成果をとりまとめたものである。(1)掘削ずりを用いた室内物理・力学試験結果の妥当性の確認、(2)第1段階で作成した岩盤力学モデルの妥当性の確認、(3)研究坑道周辺岩盤の予察的変形解析、(4)結晶質岩における長期岩盤挙動評価のための現象論的研究、(5)結晶質岩における長期岩盤挙動評価のための理論的研究、(6)掘削影響領域の評価に関する基礎的研究。(1),(2)については、新たに試験を実施し妥当性を確認することができた。(3)については、調査対象の大きさにより変形解析の結果が異なることが確認された。(4)については、コンプライアンス可変型構成方程式が一軸圧縮試験での岩石の挙動を表すのに有効であることを確認した。また原位置によるコンプライアンス可変型構成方程式の実証試験案を示した。(5)については、熱-水-応力の連成現象の一因として石英の圧力溶解について実験を行い、実験結果から石英の溶解に関する式を示すことができた。(6)については、コア法による応力測定及び弾性波を利用したSWD(Seismic While Drilling)法により掘削影響領域の推定方法を提案することができた。

超深地層研究所計画 年度報告書(2009年度)

國丸 貴紀; 見掛 信一郎; 西尾 和久; 鶴田 忠彦; 松岡 稔幸; 早野 明; 竹内 竜史; 三枝 博光; 大山 卓也; 水野 崇; et al.

JAEA-Review 2011-007, 145 Pages, 2011/03

JAEA-Review-2011-007.pdf:16.51MB

日本原子力研究開発機構東濃地科学センターでは、「地層処分技術に関する研究開発」のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本計画は、「第1段階;地表からの調査予測研究段階」,「第2段階;研究坑道の掘削を伴う研究段階」,「第3段階;研究坑道を利用した研究段階」の3段階からなり、現在は、第2段階である「研究坑道の掘削を伴う研究段階」を進めている。第2段階の調査研究では、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及び研究坑道の掘削による深部地質環境の変化の把握、研究坑道の施工・維持・管理にかかわる工学技術の有効性の確認を目的とした調査研究を進めるとともに、第3段階(研究坑道を利用した研究段階)の調査研究計画の策定を進めている。本報告書は、2002年2月に改訂した「超深地層研究所地層科学研究基本計画」に基づき、超深地層研究所計画の第2段階「研究坑道の掘削を伴う研究段階」における2009年度に実施した(1)調査研究,(2)施設建設,(3)共同研究等の成果を取りまとめたものである。

クラックテンソルによる瑞浪超深地層研究所研究坑道の掘削影響予測解析; 2009年度

松井 裕哉; 丹野 剛男; 平野 享*; 郷家 光男*; 熊坂 博夫*; 多田 浩幸*; 石井 卓*

JAEA-Research 2010-043, 87 Pages, 2010/12

JAEA-Research-2010-043.pdf:3.99MB

予察的解析の妥当性評価を目的として、壁面観察結果に基づきクラックテンソルを算定し、地中変位計測と比較して、その妥当性を評価し、立坑内から実施したパイロットボーリング調査や地表からの調査段階で設定したクラックテンソルの比較を行った。(1)2004年度の予察的解析で設定されたクラックテンソルを用いた換気立坑の深度350mの変形解析値は地中変位計測値よりも小さい値を示した。一方、壁面観察結果から設定されたクラックテンソルを用いた換気立坑の深度350mの変形解析の結果、計算された最大値は計測値に近い値を示した。(2)これは、2004年度の評価で十分考慮できていない非常に連続性の高いNE系の割れ目の情報が新たに考慮されたためである。換気立坑より掘削したパイロットボーリング調査結果に基づきクラックテンソルを求めて両者と比較した結果、パイロットボーリング調査で把握された割れ目の方向分布は壁面観察の方向分布と近いこと、求められたクラックテンソルは両者の中間に位置することがわかった。(3)パイロットボーリングデータにおける深度350mと深度500m間の割れ目の統計量の関係より深度500mにおけるクラックテンソルを推定した。推定されたクラックテンソルを用いて深度500mにおける換気立坑と水平展開坑道の変形解析を行った結果、2004年度の結果よりも岩盤のヤング率は低減し、支保工に作用する応力は増加した。

3次元応力場同定手法の高度化に関する研究(委託研究)

水田 義明*; 金子 勝比古*; 松木 浩二*; 菅原 勝彦*; 須藤 茂昭*; 平野 享; 丹野 剛男; 松井 裕哉

JAEA-Research 2010-011, 35 Pages, 2010/06

JAEA-Research-2010-011.pdf:4.42MB

坑道掘削において3次元場における岩盤の初期応力を精度よく把握するには、広範囲の地質条件の不確定要素や不均一性などを扱わずに済む、坑道位置での調査が望ましい。しかしながら、地層処分の場合のように数平方kmスケールの地下構造物を建設するとなると、坑道位置での多数の調査を行うことは経済的に困難と考えられる。そこで、限られた数のボーリング孔の掘削による調査結果を用いて、任意地点の初期応力を予測する手法の開発が課題とされた。本報告書は、この課題の解決を目的として2004年度から2006年度まで、核燃料サイクル開発機構(現;日本原子力研究開発機構)が社団法人資源・素材学会に委託した「3次元応力場同定手法の高度化に関する研究」について成果をとりまとめたものである。本委託研究では初期応力評価の例題として東濃地域を取り上げた。はじめに数km数kmの領域の数値モデルを作成し、その領域内で実施した初期応力測定結果を拘束条件とする逆解析を行った。逆解析により領域内の広域応力・広域ひずみが得られ、これを用いた順解析は同領域内の任意地点の初期応力の平均的状態をおおむね予測していることを確認した。

高速短パルス陽電子ビーム形成装置の開発

前川 雅樹; 益野 真一*; 平野 剛*; 近藤 政和*; 河裾 厚男; 伊藤 久義; 岡田 漱平

JAERI-Tech 2003-039, 52 Pages, 2003/03

JAERI-Tech-2003-039.pdf:5.14MB

高温下・応力下など極限環境下にあるバルク試料の陽電子消滅寿命測定を行うために、高速短パルス陽電子ビーム形成装置を製作した。本装置は陽電子消滅寿命測定に必要な時間間隔を持つ陽電子パルスビームを形成するための低速陽電子ビームパルス化部と、パルス圧縮とビーム加速を同時に行うことができる可能な高周波加速管より構成されている。本装置の特徴は、パルス化に用いる1keVの低エネルギービームと最大1MeVの高エネルギービームという2種類のビーム制御を同時に行う点にある。電子ビームによる動作試験では、最大1MeVのビームエネルギーが達成可能であること、試料部にて0.5mmの低エミッタンスビームを形成できることを確認した。これらは陽電子測定に適合するものである。高速パルスビームの時間構造はサテライトパルスを含むものであったが、パルス化装置に入射する低速ビームのエネルギー広がりを低減すればシングルパルス形成が可能であるとの結果を得た。高速パルス陽電子ビーム形成では電子ビーム同様の加速エネルギーを確認した。エネルギー広がりに影響されにくいパルス化システムを構築しCW加速方式を採用することで高周波加速空洞を用いた陽電子消滅寿命測定システムを構築することが可能となることが明らかとなった。

Present status of the positron factory project and development of positron beam techniques, 2

岡田 漱平; 須永 博美; 金子 広久; 河裾 厚男; 平野 剛*; 佐野 肇*; 滝沢 春喜; 四本 圭一

Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.107 - 109, 1997/00

サイクロトロンを利用した陽電子内部線源法により、シリコン中の熱平衡欠陥生成を示唆するデータを得た。この内部線源法によらなくても任意の対象に対して高温などの極端条件下での陽電子寿命測定が可能な高速(1MeV)短パルス(100ps)陽電子ビーム形成装置をほぼ完成させるとともに、静電場輸送低速陽電子ビーム形成に成功した。ポジトロンファクトリー計画に関しては、主要部分の概念設計を終了した。またリニアックを用いた低速陽電子発生実験の結果と、モンテカルロ計算とから、従来の3倍以上の低速陽電子収率が期待できる新しいモデレータアセンブリー構造を提案する。

超深地層研究所計画; 岩盤力学に関する調査研究

丹野 剛男; 平野 享; 松井 裕哉

no journal, , 

超深地層研究所は、結晶質岩を主な対象とした深地層の研究施設のひとつであり、この計画では地層処分研究開発の基盤となる深地層の科学的研究の一環として深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤の整備を全体目標の一つとした調査研究が進められている。超深地層研究所計画において適用している段階的な調査研究の進展に伴い、地質環境を理解するための一連の方法論の詳細化とその評価を重ねつつ、あわせて、その過程で得られた経験(失敗例を含む)やノウハウをできるだけ知識化して提示していくことが重要である。このため、本報告では、超深地層研究所計画における岩盤力学に関する調査研究を通じて得られた主な技術的知見を整理した。

瑞浪超深地層研究所 換気立坑周辺岩盤を対象とした岩芯を用いた応力測定

及川 寧己*; 相馬 宣和*; 當舎 利行*; 松井 裕哉; 丹野 剛男; 平野 享*

no journal, , 

Acoustic Emission/Deformation Rate Analysis法(以下、AE/DRA法)は、ボーリングによって岩盤から採取した岩芯から切り出した軸載荷用試験片を用いた室内試験により、載荷軸方向で受けていた元の岩盤内の応力を評価する計測法である。筆者らは、掘削影響領域の簡便・低コストな調査法として、ボーリング孔掘削から得られる情報を最大限活用するための基礎研究を行っており、ここではその一環として瑞浪超深地層研究所、深度200m水平坑道周辺岩盤においてAE/DRA法による応力計測を実施した。個々の試験片から得られた応力値のばらつきは大きかったものの、総じて1方向については東西(北西-南東)南北の範囲に評価され、ばらつきも含めておおむね水圧破砕法のデータと整合的な結果が得られている。AE/DRA法により十分な数の応力値データが得られたため、インバージョンを含めた解析法を工夫することによりおおむね安定して三次元応力場のデータを得ることに成功したものと考えている。