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論文

熱・流体・応力連成解析による水蒸気が及ぼす再冠水時のバリア性能への影響

佐藤 伸*; 大野 宏和; 棚井 憲治; 山本 修一*; 深谷 正明*; 志村 友行*; 丹生屋 純夫*

地盤工学ジャーナル(インターネット), 15(3), p.529 - 541, 2020/09

本検討は、幌延深地層研究センターで実施中の人工バリア性能確認試験を対象に、熱・水・応力連成解析を実施した。再冠水時の熱・水・応力連成挙動は、間隙水の加熱により生じる水蒸気や、間隙圧の上昇により生じる気相の液相への溶解等の相変換の影響を受けると考えられる。そこで、相変換可能な熱・水・応力連成解析を実施し、水蒸気の発生や間隙空気の間隙水への溶解が再冠水挙動にどのような影響を及ぼすのか考察した。その結果、水蒸気を考慮することにより、ヒーター周辺の間隙率が増大し、乾燥密度の分布が生じた。さらに、気液二相流パラメータを変化させると緩衝材の応力状態が変化し、それに伴い、膨潤による緩衝材の膨出量にも影響を及ぼした。このため、緩衝材の長期挙動評価のうち再冠水挙動を模擬するには、相変換を考慮する必要があり、さらに、精緻な予測を行うためには、気液二相流パラメータの評価が重要であることが分かった。

論文

岩盤中のガス移行挙動試験計画の立案,1; ガス移行挙動試験に用いる載荷ガス圧の設定

棚井 憲治; 藤田 朝雄; 納多 勝*; 山本 修一*; 志村 友行*; 佐藤 伸*

第13回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.167 - 172, 2013/01

幌延深地層研究計画では、深度GL-350m調査坑道で原位置ガス移行挙動試験を計画している。本試験は、緩衝材を対象とした試験や岩盤に着目した試験を計画中であり、これらの原位置試験の計画は、幌延の地質環境条件を考慮するため地下水中の溶存メタンを考慮する必要がある。このうち岩盤中のガス移行挙動試験計画立案の一環として、諸外国における岩盤中のガス移行挙動試験の事例調査をもとに試験に用いる載荷ガス圧に関する検討を行い、設定したガス圧の妥当性について力学連成二相流解析を行った。検討の結果、諸外国の事例調査に基づき設定した最大ガス圧で岩盤の最大有効主応力が岩盤の引張強度を若干上回る程度となり、ボーリング孔周辺を極端に乱すことがないことを確認した。

論文

岩盤中のガス移行挙動試験計画の立案,2; 溶存メタンが及ぼすガス移行挙動試験への影響検討

棚井 憲治; 藤田 朝雄; 佐藤 伸*; 納多 勝*; 山本 修一*; 志村 友行*

第13回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.173 - 178, 2013/01

幌延深地層研究計画では、深度GL-350m調査坑道で原位置ガス移行挙動試験を計画している。本試験は、緩衝材のみならず岩盤にも着目した試験を計画中であり、これらの原位置試験計画の検討は、幌延の地質環境条件を考慮するため地下水中の溶存メタンを考慮する必要がある。このうち岩盤中のガス移行挙動試験計画立案の一環として、幌延の地下水中の溶存メタンが本試験に及ぼす影響を把握するため二相多成分解析を実施した。検討は、はじめに溶存メタンの基本的な挙動の把握を行い、次に調査坑道からの原位置試験を模擬する検討を実施した。検討の結果、地下水中に溶存メタンが存在すると気相全体のガス圧は上昇するが、注入した窒素は分圧分しか岩盤へ移行しないため、ガス注入量に影響を及ぼすことがわかった。

口頭

ガス移行挙動に関する原位置試験計画の検討,1; 試験体規模の検討

納多 勝*; 山本 修一*; 志村 友行*; 佐藤 伸*; 棚井 憲治; 藤田 朝雄

no journal, , 

幌延深地層研究所計画におけるGL-350m調査研究坑道においてガス移行挙動の原位置試験を計画している。本稿本検討では、原位置試験計画の策定に反映するため、設定した期間に目的を達成するために二相流解析を用いて上部坑道の埋め戻し埋戻しの影響や人工バリアの試験体規模の検討を実施した。検討の結果、上部坑道を埋戻し埋め戻し、試験体をある程度縮小した規模(候補としては3/7モデル)に縮小した規模でガス移行原位置試験を行う計画を算定策定した。

口頭

ガス移行挙動に関する原位置試験計画の検討,2; 再冠水時及びガス移行時における試験体への力学影響

佐藤 伸*; 山本 修一*; 納多 勝*; 志村 友行*; 藤田 朝雄; 棚井 憲治

no journal, , 

幌延深地層研究計画における所GL-350m研究調査坑道において、ガス移行挙動の原位置試験を計画している。本検討では再冠水時及びガス移行時における試験体への力学的な影響を検討するため、力学連成2相流解析コードCODE BRIGHTを用いて緩衝材の有効応力変化,間隙率変化に伴う乾燥密度の変化並びに膨潤に伴う上部坑道への膨出影響について検討を行った。

口頭

岩盤中のガス移行挙動試験に関する基本計画,1; 試験条件の設定

棚井 憲治; 藤田 朝雄; 納多 勝*; 山本 修一*; 志村 友行*; 佐藤 伸*

no journal, , 

幌延深地層研究計画での岩盤を対象としたガス移行挙動試験計画の立案を行った。計画の立案は諸外国における原位置での岩盤のガス移行試験をもとに試験で適用するガス圧載荷ステップを設定し、ガスの移行範囲や岩盤の応力状態を把握するための力学連成二相流解析を実施した。その結果、設定したガス圧載荷ステップ等の妥当性を確認した。

口頭

岩盤中のガス移行挙動試験に関する基本計画,2; 溶存メタンの影響把握

藤田 朝雄; 棚井 憲治; 志村 友行*; 納多 勝*; 山本 修一*; 佐藤 伸*

no journal, , 

シリーズ発表のその1で設定したガス圧載荷ステップを用いて地下水中に溶存したメタンガスがボーリング孔から注入された窒素ガスの移行にどのような影響を及ぼすのかを把握するため、2相6成分解析を実施した。検討の結果、ガス相の圧力に変化は生じないものの、窒素ガスの溶解量に変化が生じ、窒素ガスの拡散範囲が異なることがわかった。

口頭

熱・水・応力連成解析における人工バリア性能確認試験の再冠水挙動への水蒸気の影響

佐藤 伸*; 山本 修一*; 大野 宏和; 棚井 憲治; 深谷 正明*; 志村 友行*; 丹生屋 純夫*

no journal, , 

本検討は、幌延深地層研究センターで実施中の人工バリア性能確認試験を対象に、熱・水・応力連成解析を実施した。再冠水時の熱・水・応力連成挙動は、間隙水の加熱により生じる水蒸気や、間隙圧の上昇により生じる気相の液相への溶解等の相変換の影響を受けると考えられる。そこで、相変換可能な熱・水・応力連成解析を実施し、水蒸気の発生や間隙空気の間隙水への溶解が施設の再冠水挙動にどのような影響を及ぼすのか考察した。その結果、水蒸気発生による気相への相変換を考慮すると、水分移動が精緻に表現できること、再冠水挙動は気液二相流パラメータの影響を受けるのでその評価が重要であることが分かった。

口頭

Influence of pore water vaporization on saturation process in the buffer material coupled Thermo-Hydro-Mechanical analysis

佐藤 伸*; 大野 宏和; 棚井 憲治; 山本 修一*; 深谷 正明*; 志村 友行*; 丹生屋 純夫*

no journal, , 

The saturation process in the buffer material is affected by the heat generated by the vitrified waste in the high-level radioactive waste geological disposal. Especially, the phase changes occurred in the pore water, such as water vaporization and dissolution of the pore air in to the liquid phase affects the water movement in the buffer material. Hence, it is important to evaluate the coupled Thermo-Hydro-Mechanical (THM) behavior considering phase transformation of pore water in the buffer material. Therefore, we carried out the coupled THM analysis to investigate the generation of water vaporization during the saturation process. Additionally, we discussed the influence of relative permeability as one of the gas phase advection properties.

口頭

人工バリア性能確認試験における緩衝材膨出センサーを用いた膨出量評価

木村 駿; 中山 雅; 木野田 君公; 棚井 憲治; 丹生屋 純夫*; 志村 友行*; 深谷 正明*

no journal, , 

幌延深地層研究センターの地下施設の350m調査坑道で実施中の人工バリア性能確認試験では、緩衝材膨出センサーを緩衝材-埋め戻し材境界部に配置し、緩衝材の膨出挙動に関する計測を行っている。膨出センサーは板の上に一定間隔でひずみゲージが取り付けてあり、緩衝材が膨出することで板が変形しひずみが計測されるシステムとなっている。本報告では、膨出センサーによって計測されたひずみデータから換算された膨出量からセンサー配置箇所周辺の緩衝材の膨潤変形挙動を推定するとともに、その他の変位計測結果などとの照らし合わせを行い、検証した結果について報告する。

口頭

埋め戻し材との力学的相互作用を考慮した緩衝材の膨潤挙動に関する検討

木村 駿; 木野田 君公; 杉田 裕; 森岩 寛稀*; 丹生屋 純夫*; 高橋 真一*; 志村 友行*

no journal, , 

人工バリアの概念のひとつである処分孔竪置き方式においては、処分孔に定置した緩衝材が処分道側へ膨出しその乾燥密度が低下することを防ぐために、埋め戻し材により処分坑道を埋め戻す。埋め戻し材の持つ緩衝材の膨出を抑制する性能を評価するためには、緩衝材と埋め戻し材の力学的な相互作用を考慮した設計評価手法の整備が必要となる。そこで、緩衝材と埋め戻し材の力学的相互作用下での緩衝材における膨出挙動の把握を目的とした緩衝材と埋め戻し材を組み合わせた縮尺模型試験を実施した。

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