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。

X線CTによるトレーサー移行プロセス分析方法の開発

米村 拓峰*; 佐藤 晃*; 菅原 勝彦*; 澤田 淳

平成19年度(2007年)資源・素材学会春季大会講演集(I)資源編, p.121 - 122, 2007/03

割裂により岩石試料内部に作成した亀裂についてトレーサー試験を実施し、亀裂内部をトレーサーが移行する際のプロセスをX線CT法により可視化するとともに、X線CT法により評価した亀裂開口幅と移行プロセスとの関係についての考察を行った。その結果、X線CT法による可視化によりトレーサー移行の観察が可能であり、亀裂内のトレーサー濃度の時間変化から亀裂内の流れの不均質性が示唆された。

3次元応力場の同定手法に関する研究(その3)

水田 義明*; 金子 勝比古*; 松木 浩二*; 菅原 勝彦*; 須藤 茂韶*

JNC TJ7400 2004-011, 125 Pages, 2004/02

JNC-TJ7400-2004-011.pdf:11.26MB

本委託研究の目的は、ある領域内の数箇所の試錐孔で得られた初期応力測定結果およびその領域の3次元地質構造に基づいて、3次元領域内の初期応力分布を評価し得る解析手法の確立を目的としている。この目的に到達すべく、平成13年度は研究対象領域および研究の進め方に関する方針など全体研究計画の検討を行い(水田、2002)、平成14年度は核燃料サイクル開発機構から提供される既存データの収集・整理に関する相互理解と各委員のモデルにそれらを取り組むためのすり合わせが行われた。また、平成14年度においては、以下に述べる具体的な研究成果についての報告がなされた(水田ほか、2003)。まず、不均質モデルの逆解析における問題点が明らかにされた。つぎに、東濃鉱山・正馬様用地およびその周辺を対象領域として、有限要素法および有限差分法を用いて、与えられた地質データを取り込んだ三種類のモデルが構築された。また、境界要素法を用いたモデルの構築に備えて、不均質モデルに対する3次元境界要素法解析コードの開発が行われた。本委託研究の最終年度である平成15年度は、平成15年度(2003年度)9月と11月および平成16年度(2004年)1月にそれぞれ1回ずつ研究委員会を開催し、第1回委員会においては、花崗岩とその上部堆積層との境界面など、既存データから得られるできる限りの高精度化と、それを取り込んだ各モデルの構築に関する打ち合わせが行われた。第2回委員会においては、各委員による研究成果の中間報告が行われ、第3回委員会において今年度の研究成果の概要について報告がなされた。また3次元モデルの今度の高精度化についての検討が行なわれた。平成14年度におけるモデルとの違いに注目して、各委員による研究内容を以下に要約する。有限要素法による小領域モデル解析においては、東濃鉱山だけでなく、正馬様および東濃鉱山・正馬様についても、3層モデルが構築され、それぞれのモデルに対する広域ひずみが解析された。また、実測データとのよい合致を得るために花崗岩を上部と下部に分けた修正モデルに対しても広域ひずみが求められた。・・・

X線CTによる亀裂開口幅評価

下茂 道人*; 文村 賢一*; 尾原 祐三*; 佐藤 晃*; 菅原 勝彦*

JNC TJ8400 2003-021, 82 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-021.pdf:3.05MB

高レベル放射性廃棄物の性能評価の信頼性を向上させるためには、亀裂中の微細な構造や不均質性が地下水の流れや物質移行に及ぼす影響を理解する必要がある。そのためには、亀裂中の開口幅分布を測定する技術を確立することが重要な課題となる。亀裂開口幅測定技術には、1.亀裂表面形状から推定する方法、2.亀裂を直接観察する方法、3.トモグラフィー技術等により非破壊で推定する方法などがある。このうち、3.のトモグラフィー技術等により非破壊で亀裂開口幅を推定する方法については、未だ測定手法等に関する十分な知見は得られていないものの、亀裂開口幅を非破壊で推定するため、1.、2.に比較して、効率性・実用性の観点から有効な手法であると期待される。そこで、本役務契約では、亀裂開口幅を評価する方法の一つとして、非破壊検査の一種であるX線CTを使用した亀裂開口幅測定方法について検討した。その結果、以下の知見を得た。1.管電圧の高い産業用のCT装置は医療用の装置に比べてノイズの少ないCT値が得られる。2.画像のスタッキングは、ノイズ軽減法として有効である。3.新たに提案する移動平均法は、亀裂情報の損失を抑えながら、ノイズ軽減が可能である。4.花崗岩試料の測定結果には、鉱物粒子のCT値のばらつきに依存すると思われるノイズが見られるため、亀裂投影法による開口幅測定には使用できない。5.画像間差画像を用いる方法を花崗岩試料の測定に適用した結果、CT値のばらつきが軽減され、亀裂投影法による開口幅測定が可能となった。

X線CT法による亀裂開口幅の評価

佐藤 晃*; 深堀 大介*; 菅原 勝彦*; 澤田 淳; 武部 篤治

no journal, , 

廃棄物処分場などの地下水汚染の評価に際しては、岩盤空隙などの局所的な地下水流速をどれだけ現実的に評価できるかが課題となる。花崗岩などの結晶質岩の場合には、岩盤中の亀裂が地下水の主たる移行経路となるため、亀裂開口部の微細な構造や不均質性が地下水の流れや物質移行に及ぼす影響を理解する必要がある。著者らは、亀裂開口部の微細な構造を測定する手法として、非破壊検査法の1つであるX線CT法に着目し、その測定技術開発と適用性の検討を実施してきた。本報告では、花崗岩試料内に作成した割裂亀裂の亀裂開口幅の評価結果を述べる。また、3次元測定器を用いた亀裂表面形状の直接計測より算定した亀裂開口幅の評価結果と比較し、X線CT法の信頼性及び有用性について検討した。

三次元応力場同定手法の高度化に関する研究の概要

中間 茂雄; 佐藤 稔紀; 金子 勝比古*; 松木 浩二*; 菅原 勝彦*; 水田 義明*

no journal, , 

自然状態の岩盤に作用している「初期応力」は、おもに岩盤の自重によって生じる重力起因の応力に加え、地形・地質構造・地殻変動などの影響によって生じる地殻構造的な応力が加わり、地域性のある複雑な三次元応力状態にある。一般に、初期応力はボーリング孔もしくはボーリングコアを用いた測定によりポイントデータとして得られるのが普通である。ここで、ある広がりをもった領域の三次元応力状態を求めるためには、複数のボーリング孔の数多くのポイントで初期応力測定を行うことが考えられるが、すべての知りたい地点で数多くの初期応力測定を行うことは現実的ではなく、いかに少ない測定データから広領域の三次元応力場を把握するかが課題となる。本研究は、この課題を解決するために、ある領域内の数箇所のボーリング孔で得られた初期応力測定結果及びその領域の三次元地質構造に基づいて、三次元領域内の初期応力分布を評価し得る解析手法を確立することを目的として実施した。