研削により測定した天然交差亀裂を含む50cmスケールの岩体中の亀裂の形状特性

鐵 桂一*; 高山 裕介; 澤田 淳

JAEA-Research 2022-005, 84 Pages, 2022/08

JAEA-Research-2022-005.pdf:10.32MB
JAEA-Research-2022-005-appendix(CD-ROM).zip:35.68MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における安全性の評価として、核種移行の評価が行われている。亀裂性岩盤を対象とした核種移行評価では、亀裂を平行平板で近似した解析モデルが主に使われている。しかし実際の岩盤中の亀裂は平行平板とは異なり、亀裂表面の粗さや亀裂内の充填物等の存在などの複雑な形状を呈している。このように不均質な形状を持つ亀裂を平行平板のモデルに近似するにあたり、透水量係数や亀裂開口幅などのパラメータ値をどのように設定するかが課題となっている。このような課題の解決策のひとつとして、実際の岩盤中の亀裂の幾何学的な特徴を調査することが挙げられる。本研究では、交差亀裂を含む亀裂の幾何学的な特徴の理解を目的とし、天然の交差亀裂を有する50cmスケールの花崗閃緑岩に対して平面研削する手法を用い、内部の亀裂形状を詳細に測定した。これより亀裂の亀裂幅(亀裂内の充填物を含む亀裂表面間の距離)、亀裂開口幅(亀裂内の充填物を含まない空隙のみの幅)、亀裂表面の形状(亀裂幅と亀裂幅の位置座標より算出した亀裂表面の位置座標)を取得した。また得られたデータより、亀裂幅の平均値や亀裂表面の粗さ、亀裂開口幅の分布などの特性を評価した。その結果、亀裂交差部近傍の亀裂の一つが、亀裂交差部を含む他の亀裂部に比べ亀裂幅、亀裂開口幅が特に大きいことが確認できた。これらのことから、本研究で用いた岩体試料では、最も透水性の高い透水経路は亀裂交差部そのものではなく、亀裂交差部近傍の亀裂開口幅が特に大きい特定の亀裂であると推測した。

研削により測定した50cmスケール岩体中の天然亀裂の形状と開口幅の分布に関する研究

鐵 桂一*; 澤田 淳

JAEA-Research 2010-041, 24 Pages, 2010/11

JAEA-Research-2010-041.pdf:4.3MB
JAEA-Research-2010-041-appendix(CD-ROM).zip:18.12MB

本研究では、天然の単一亀裂を含む50cmスケール花崗岩の平面研削を繰り返して得られた岩石内亀裂の画像データを元に、亀裂の開口幅を計測した。開口幅の計測は、ガウジなどの亀裂内の充填物を含まない空隙のみを対象とした。これより、50cmスケールの天然岩石亀裂の亀裂表面間の幅で表される亀裂幅と、開口幅の諸特性値を取得することができた。また、亀裂幅が小さい箇所ほど充填物の比が大きく、開口幅が閉塞しやすい傾向があった。これにより亀裂の開口部によるチャンネル構造は、亀裂幅に比べ局所化することがわかった。

50cmスケールの花崗岩試料の研削による亀裂形状計測について

澤田 淳; 鐵 桂一*

第38回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.266 - 271, 2009/01

原子力発電環境整備機構が高レベル放射性廃棄物地層処分の長期的安全性を検討する際には、処分事業の長期に渡る事業期間を通して技術や意思決定の一貫性を保ちつつ、調査の段階に応じて詳細化されるサイト環境条件や技術の進歩に適切に対応した評価手法を用いた性能評価が実施される。花崗岩など亀裂性岩盤を対象とした性能評価では、岩盤中の核種移行のモデルとして亀裂を平行平板でモデル化する一次元平行平板モデルが用いられる。このモデルは簡略かつ、複数の一次元平行平板モデルを組合せることで岩盤中の不均質な移行経路を表現することが可能などの応用力を有するという利点があり、広く用いられている。一方で、実際の亀裂は複雑な形状で、その亀裂を一次元平行平板モデルで表現する際、透水量係数や亀裂開口幅の値をどのように設定するかが課題となっている。この課題解決に向けた研究の一つとして、天然の亀裂を含む50cmスケールの花崗岩試料を1mmごとの研削により亀裂を観察し、約500500個の亀裂表面形状の座標データを取得した。これより、亀裂面の粗度,亀裂幅の空間的相関性など、天然岩石中の亀裂の特徴を表すパラメータ値を得た。

研削した岩体亀裂開口部の観察による開口幅の測定-NETBLOCK試験報告-

鐵 桂一*; 澤田 淳

JNC TN8430 2005-001, 47 Pages, 2005/03

JNC-TN8430-2005-001.pdf:100.76MB

高レベル放射性廃棄物などの地層処分の安全性を評価するため、天然バリア内の核種移行解析が行われている。花崗岩などの亀裂内の核種移行で重要なパラメータとなる亀裂開口部の透水性や物質移行特性の把握を目的として、人工割裂亀裂や天然亀裂を有する花崗岩を用いた透水試験やトレーサー試験などが広く実施されてきている。本研究では、これら亀裂内の水理・物質移行特性を把握する研究の一環として、岩体表面の研削を繰り返し、各研削断面で亀裂形状の撮影、観察により開口幅を測定した。本論では亀裂開口部測定の試行段階として、人工の単一亀裂を持つ10cm10cm10cmの花崗岩を用いた測定例について報告する。

高粘性流体を用いた天然亀裂岩体の透水試験-NETBLOCK試験報告-

鐵 桂一*; 澤田 淳

JNC TN8430 2001-006, 65 Pages, 2001/10

JNC-TN8430-2001-006.pdf:15.23MB

NETBLOCKではこれまで、亀裂交差部の透水性を把握するための試験を行ってきた。しかし、試験で使用した岩体は透水性が高いため、制御可能な試験条件下で亀裂内の流れが乱流となる可能性が指摘されている。亀裂内の流れが乱流である場合、亀裂開口幅、透水量係数を過小評価してしまうため、層流状態を達成する必要がある。本試験では、水よりも粘性の高い流体(高粘性流体)を用い、これまで使用してきたT字に交差した天然亀裂を持つ花崗岩を用いた。また高粘性流体は、メチルセルロース系の水溶液を使用した。高粘性流体を用いることにより、マノメータを広い範囲で使用でき、測定の精度を上げることができた。また、0.1wt%以上の高粘性流体を用いることで、岩体亀裂内の流れが層流になる結果が得られた。

天然の単一亀裂の形状計測データを用いた透水特性の評価について

澤田 淳; 鐵 桂一*; 坂本 和彦*

no journal, , 

50cmスケールの亀裂形状を1mm間隔で計測した亀裂の上下面からなる亀裂幅データを用いて、亀裂幅から局所的に三乗則が成り立つと仮定して透水量係数を推定し、定常浸透流解析を実施した。解析による亀裂全体の透水量は実測値に比べて一桁以上多く、その理由としてガウジなどの介在物を含んだ値を用いて透水量係数を設定したためと推察した。亀裂のさまざまな測定方法のうち、亀裂の上下面形状をプロファイロメーターにより計測する手法は、ガウジなどの亀裂内の介在物の計測が困難であり、亀裂の透水特性の評価には留意が必要である。本研究で用いた岩石試料は亀裂に直交する方向に1mm間隔で平面研削し、研削断面ごとに亀裂断面の詳細な画像データを取得し、この画像データからガウジなどの亀裂内の介在物を除いた亀裂開口部の評価も可能である。今後は、その亀裂開口部のデータ取得を進め、亀裂全体の透水特性評価と亀裂の幾何学的な特徴との関係について検討する予定である。