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論文

Development of a multi-interval displacement sensor using Fiber Bragg Grating technology

真田 祐幸; 杉田 裕; 柏井 善夫*

International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 54, p.27 - 36, 2012/09

 被引用回数:9 パーセンタイル:57.16(Engineering, Geological)

坑道周辺の長期挙動の把握は、地層処分場の性能評価や設計・施工を行ううえで重要である。坑道近傍の変位計測には通常電気式の地中変位計が埋設される。従来型の電気式地中変位計は数年に渡る使用では絶縁不良を生じるなど長期計測が困難であった。また岩盤へのインパクトが小さい小口径のボーリング孔では多段化できないという問題があった。本研究では小口径で長期耐久性を有し、多段かつ高い精度での計測を可能にするために、光ファイバーを使用した地中変位計の開発を実施した。さらに開発した変位計の原位置への適用性を確認するために、幌延深地層研究所の立坑に開発した変位計を設置し、併設された電気式変位計と結果を対比した。室内検定試験によると、測定精度は測定範囲の0.5%と今回設定した測定精度をおおむね満たしていた。また、原位置での性能確認試験から、ブラッグ波長の変化量から算出した変位は、坑道の掘削イベントや併設した変位計の計測結果と良好な一致を示した。また、光ファイバーを用いることで電気式変位計と比較して電気ノイズが見られず安定した結果が得られた。作業性や作業時間については、通常用いられる電気式の地中変位計と同程度であった。

論文

光ファイバーを利用した多段式岩盤内変位計の開発

真田 祐幸; 杉田 裕; 大丸 修二; 松井 裕哉; 柏井 善夫*

Journal of MMIJ, 126(10,11), p.569 - 576, 2010/10

坑道周辺岩盤の長期的な挙動の把握は、高レベル放射性廃棄物の地層処分の性能評価や坑道の設計・施工を行ううえで重要である。坑道近傍の変位を計測するためには、通常、電気式の地中変位計が埋設される。従来型の電気式地中変位計は数年に渡る使用では絶縁不良を生じるなど長期的な計測が困難であった。また、岩盤へのインパクトが小さい小口径のボーリング孔では多段化できないという問題があった。本論文では小口径で長期耐久性を有し、多段かつ高い精度での計測を可能にするために、光ファイバーを使用した地中変位計の開発を実施した。恒温槽内にて変位,温度を変化させた室内検定試験を行い、ブラッグ波長の変化量との対応関係を整理し、校正式の算出と測定精度の検証を行った。その結果、測定精度は測定範囲の0.5%又は1/100mmと今回設定した測定精度をおおむね満たしていた。また、変位計の性能の確認のために行った原位置性能確認試験結果から、ブラッグ波長の変化量から算出した変位は、実際に与えた変位量と良い一致を示した。さらに、作業性や作業時間については、通常用いられる電気式の地中変位計と同程度であり、原位置での実現可能性に対する見通しを得た。

報告書

光ファイバー式岩盤内変位計の開発,3

柏井 善夫*; 大丸 修二*; 真田 祐幸; 松井 裕哉

JAEA-Technology 2008-047, 77 Pages, 2009/07

JAEA-Technology-2008-047.pdf:31.84MB

本報告書は、大成基礎設計が日本原子力研究開発機構との契約により実施した研究成果に関するものである。この業務は、幌延深地層研究計画の第2段階以降における調査・研究計画(地下施設関連)に伴い、立坑部と水平坑道部の周辺岩盤で生じる大変形$$sim$$微小変形までを長期間に渡り安定して計測するための多段式の光ファイバセンサ式岩盤内変位計を開発することを目的としている。本年度は、前年度まで浅部用1種類、深部用1種類であったプロトタイプを浅部用1種類,深部用2種類の構成に変更して、測定対象領域を拡大した実証実験用装置を製作し、設置実験と1か月の継続観測データの取得を行った。また、爆発危険場所において作業可能な防爆型の光ファイバ融着接続装置のプロトタイプを試作した。以上の結果をとりまとめるとともに本格的な機器の製作に向けた課題を抽出整理した。

報告書

光ファイバー式岩盤内変位計の開発,2

柏井 善夫*; 真田 祐幸; 松井 裕哉

JAEA-Technology 2008-046, 52 Pages, 2009/07

JAEA-Technology-2008-046.pdf:37.92MB

本報告書は、大成基礎設計が日本原子力研究開発機構との契約により実施した研究成果に関するものである。この業務は、幌延深地層研究計画の第2段階以降における調査・研究計画(地下施設関連)に伴い、立坑部と水平坑道部の周辺岩盤の変形挙動計測を有効に行うための多段式の光ファイバーセンサー式岩盤内変位計を開発することを目的としている。この業務では、従来型の電気式岩盤変位計では困難であった$$phi$$66mmボーリング孔における10段あるいはそれを上回る連装が可能な岩盤内変位計の開発に関して前年度に実施した装置の基本仕様の検討などの成果に基づき、原位置測定に適用可能なプロトタイプを製作してその性能を確認するとともに、実地盤中に掘削したボーリング孔において設置方法を含めた実証実験を実施した。

報告書

光ファイバーセンサー式岩盤内変位計の開発

柏井 善夫*

JNC TJ5410 2004-012, 28 Pages, 2005/02

JNC-TJ5410-2004-012.pdf:11.16MB

本報告書は、幌延深地層研究計画の第2段階以降における調査・研究計画(地下施設関連)に伴い、立坑部と水平坑道部の周辺岩盤の変形挙動計測を有効に行うための多段式の光ファイバーセンサー式岩盤内変位計を開発することを目的とした研究成果に関するものである。この業務では、従来型の電気式岩盤変位計では困難であった$$phi$$66mmボーリング孔における10段あるいはそれを上回る連装が可能な岩盤内変位計の開発の第1段階として、光ファイバーセンサー技術を応用した多段式岩盤内変位計に関する基本的な検討と、実現可能性を検証するための部分的試作と作動試験を実施した。基本検討の結果、FBG(Fiber Bragg Grating)方式を採用し、浅部用と深部用の2種類の基本構造と2種類のセンサー固定方法について基本設計を行い、3組を部分試作して検証実験を行い、実現可能性があることを確認した。

論文

Feasibility study for a multi-level pore water pressure monitoring system using FBG sensors

竹内 真司; 柏井 善夫*; 平田 洋一*; 吉田 幸美*; 西垣 誠*

Proceedings of 4th IEEE/LEOS Workshop on Fibres and Optical Passive Components (WFOPC 2005), p.393 - 398, 2005/00

FBGセンサーを用いてボーリング孔内の複数区間の温度と圧力の測定が可能な地下水モニタリングシステムを開発した。このシステムはパッカーとロッド及び水圧・温度センサーから構成され、ボーリング孔内の2区間で計測が可能である。実際のボーリング孔内で約11か月間の計測を実施した結果、計測の初期には温度,圧力とも不安定であり、かつデータ欠損などを生じたが、数回の改良によりボーリング孔内での計測が可能なシステムであることが示された。

口頭

Development of borehole multiple deformation sensor system

柏井 善夫*; 大丸 修二*; 真田 祐幸; 松井 裕哉

no journal, , 

The multiple deformation sensor system for small diameter borehole is required for the monitoring of high-level radioactive waste disposal site. The conventional monitoring systems are only available to the large borehole and only available for 6 or less measurement sections. The Borehole Multiple Deformation Sensor System was developed based on the FBG sensor technology that can be set in a 66 mm diameter borehole and available for 9 or more measurement sections. This sensor consists of deformation sensor units of three ranges; 50 mm for shallow part, 7 mm and 1 mm for deep part from tunnel wall. These sensor units for deep part also have the self compensation function for the temperature variation. The developed sensor system is applying for the monitoring of ground deformation in the Horonobe Underground Research Center.

口頭

幌延深地層研究計画,地質環境調査技術開発; 光ファイバーを利用した多段式地中変位計の開発

真田 祐幸; 杉田 裕; 大丸 修二; 松井 裕哉; 柏井 善夫*

no journal, , 

幌延深地層研究計画の第2,3段階では地上からの調査研究段階によって検討した坑道周辺の掘削影響の評価や設計の妥当性の検討において、坑道周辺の長期的な変形挙動を把握することが重要となる。従来型の電気式地中変位計は数年に渡る使用では絶縁不良を生じるなど長期的な計測が困難であった。また、岩盤へのインパクトが小さい小口径のボーリング孔では多段化できないという問題があった。本報告では小口径で長期耐久性を有し、多段かつ高い精度での計測を可能にするために、光ファイバーを使用した地中変位計の開発を実施した。恒温槽内にて変位,温度を変化させた室内検定試験を行い、ブラッグ波長の変化量との対応関係を整理し、校正式の算出と測定精度の検証を行った。その結果、測定精度は測定範囲の0.5%又は1/100mmと今回設定した測定精度をおおむね満たしていた。変位計の性能の確認のために行った原位置性能確認試験結果から、ブラッグ波長の変化量から算出した変位は、実際に与えた変位量と比較的良い一致を示した。作業性や作業時間については、通常用いられる電気式の地中変位計と同程度であり、原位置での実現可能性を確認することができた。

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