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青木 智幸*; 谷 卓也*; 坂井 一雄*; 古賀 快尚*; 青柳 和平; 石井 英一
JAEA-Research 2020-002, 83 Pages, 2020/06
JAEA-Research-2020-002.pdf:8.25MB
JAEA-Research-2020-002-appendix(CD-ROM).zip:6.63MB
日本原子力研究開発機構は、新第三紀堆積軟岩を対象とした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を目的として、北海道天塩郡幌延町において幌延深地層研究計画を進めている。幌延深地層研究所周辺の地質は、珪藻質泥岩の声問層や珪質泥岩の稚内層で構成され、どちらも珪藻化石を多量に含んでいる。これらの岩石は高い空隙率と低い透水性を示すことから、多孔質弾性論に基づく岩盤挙動の検討が重要であると考えられる。しかしながら、幌延深地層研究所周辺に特徴的な珪藻質泥岩や硬質頁岩については、低透水性であるという岩石の特徴や試験時の制御が容易ではないこと等を要因に、多孔質弾性パラメータの測定実績は多いと言えない状況である。そこで、珪質泥岩(稚内層)を対象として、多孔質弾性パラメータの測定実績を蓄積し、既往の研究で示唆されている拘束圧に対する依存性を確認することを目的として、多孔質弾性パラメータを取得するための岩石三軸試験を実施した。その結果、多孔質弾性パラメータのうち、排水体積弾性係数は拘束圧の増加に伴い大きくなる関係性が確認された。一方、Biot-Wills係数およびSkemptonの間隙水圧係数は、拘束圧の増加に伴い小さくなる傾向が確認された。また、岩石供試体の葉理方向によって拘束圧依存の程度が若干異なることが示唆された。
津坂 仁和; 稲垣 大介; 名合 牧人*; 青木 智幸*; 重廣 道子*
Proceedings of 6th International Symposium on In-situ Rock Stress (RS 2013) (CD-ROM), p.339 - 346, 2013/08
原子力機構は、幌延深地層研究計画において3本の立坑を建設している。深度250m以深の立坑掘削においては、立坑の掘削径以上の幅を有する断層が複数出現したため、立坑壁面岩盤の崩落が頻繁に生じるとともに、覆工コンクリートにクラックが顕著に生じた。本紙面では、3本の立坑のうち、換気立坑(仕上がり内径4.5m)の深度250mから350mまでの施工について報告する。同施工では、詳細な岩盤壁面の観察とともに、3次元レーザースキャナを用いた岩盤壁面の3次元形状の計測を実施した。これにより、立坑掘削に伴う岩盤壁面の崩落位置やその規模を定量的に分析することができた。さらに、同計測結果に基づいて、岩盤崩落を適切に抑制しつつ、経済的な施工を実施するために、事前に設計した4つの支保構造から最適なものを選定し、立坑の施工を実施し、その手順を崩落量に着目した支保構造選定フローとして整理した。ここで適用した手法は、後続する西立坑(仕上がり内径6.5m)の施工における支保構造の選定に使用されている。
真田 祐幸; 松井 裕哉; 小川 豊和*; 木ノ村 幸士*; 青木 智幸*; 山本 卓也*
JAEA-Research 2009-050, 57 Pages, 2010/01
JAEA-Research-2009-050.pdf:8.14MB
坑道を掘削したことにより坑道周辺岩盤に生じる掘削影響を把握することは、地層処分における性能評価並びに処分坑道に設置するプラグの設計をするうえで必要不可欠な情報である。幌延深地層研究計画における地上からの調査において、当該地域の珪質岩は坑道掘削時にひずみの局所化による破壊面の形成が起こりうる可能性が高いことや岩盤物性が深度依存性を有することがわかっている。そのため、地下施設の建設時に想定される掘削影響を把握するために、先に示した物性の深度依存性や実際の施工方法を忠実に再現した三次元でのひずみ軟化立坑逐次掘削解析を行った。その結果、声問層と稚内層の境界領域で、ひずみ軟化による坑道周辺に著しい損傷が生じることが推定された。また、坑道掘削に伴う応力変化から諸物性値の変化を推察したところ、遷移帯を除いた稚内層では掘削影響は発生しないが、その他の領域では60cmから120cm程度の掘削影響領域が発生し、その物性変化の程度は弾性波速度で2割,弾性係数で約3割,透水係数で約1オーダーであることがわかった。
小川 豊和*; 木ノ村 幸士*; 青木 智幸*; 山本 卓也*; 真田 祐幸; 松井 裕哉
第12回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.933 - 940, 2008/09
日本原子力研究開発機構は、高レベル放射性廃棄物の地層処分に関する研究開発の一環として地下研究施設の建設を伴う研究プロジェクトとして幌延深地層研究計画を進めている。幌延深地層研究計画の一環として実施されたボーリング調査において、地下研究施設周辺に分布する堆積軟岩は拘束圧下でひずみ軟化挙動を示すことと岩盤の物性が深度依存性を示すことがわかった。本報告では坑道の力学的安定性と坑道周辺岩盤に生じる力学的な擾乱の範囲と程度を把握するために、ひずみ軟化挙動,岩盤物性の深度依存性並びに実際の施工手順を考慮して行った立坑の三次元逐次掘削解析の結果を報告する。
青木 智幸*; 真田 祐幸; 城 まゆみ*; 山本 卓也*; 松井 裕哉
第12回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.709 - 716, 2008/09
地下深部の堆積軟岩中の坑道周辺岩盤及び支保の長期挙動について、応力-水連成現象の観点から数値解析的検討を行った。堆積軟岩は、透水係数が小さくかつ空隙率が大きいという特徴を有するものが多く、掘削により周辺岩盤に発生する過剰間隙水圧とその経時的消散による長期的な変形挙動を生じる可能性がある。本研究では、まず幌延深地層研究計画で実施した地表からのボーリング調査で得られたコア(声問層,稚内層)を使用し、三軸試験装置を用いて多孔質弾性パラメータを求めた。次に、これを用いて、円形坑道及び馬蹄形坑道について、堆積軟岩に適応する多孔質弾性論に基づく応力-水連成解析を実施した。その結果、クリープ現象とは異なる、応力-水連成現象に特有の岩盤の変形や支保応力の長期挙動が生じることがわかった。
木ノ村 幸士*; 小川 豊和*; 青木 智幸*; 山本 卓也*; 松井 裕哉; 真田 祐幸
第37回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.307 - 312, 2008/01
幌延深地層研究計画では、深度500mに及ぶ地下研究施設建設を通じ、高レベル放射性廃棄物の地層処分に関する研究を実施する計画である。研究所設置地区及びその周辺の堆積軟岩は拘束圧下でひずみ軟化挙動を示すことから、力学安定性評価を行う場合、その特性を踏まえた検討が重要である。そこで、本研究では、掘削に伴う"ひずみの局所化"を考慮した安定性評価手法を提案して適用性の確認を行い、ひずみの局所化が周辺岩盤並びに支保工に及ぼす力学的影響について評価を行った。解析には2次元及び3次元モデルを用い、同一深度において結果を比較した。その結果、3次元解析では施工手順,施工方法の妥当性や切羽進行に伴う支保工の健全性が評価でき、事前の2次元解析では顕在化しなかった支保設計上の問題点が明らかとなった。
小川 豊和*; 木ノ村 幸士*; 青木 智幸*; 山本 卓也*; 松井 裕哉; 真田 祐幸
第37回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.301 - 306, 2008/01
幌延深地層研究所では、高レベル放射性廃棄物の地層処分のための地下研究施設の建設に先だちボーリング調査を実施し、地下の地質水理特性や力学特性を把握してきている。このうち、深度1,000mまで掘削されたHDB-11孔を中心に、ボアホールブレークアウトが観察された。これは、等方的ではない応力状態の場にボアホールを掘削することにより応力集中が生じ、応力が岩盤の強度を越えた場所では岩盤が破壊したためであると考えられる。この論文では、ひずみ軟化型弾塑性モデルを用いてこのボアホールブレークアウト現象を数値解析的に再現できるかどうかを検証した結果を報告する。ボアホール内で実施された水圧破砕法による初期地圧測定結果を参考にして初期応力比を設定し、メッシュの粗さやモデル概念が解析結果に与える影響を調べた。その結果、ひずみ軟化型弾塑性モデルによるシミュレーション結果は原位置での観察結果とおおむね整合的であることがわかった。
真田 祐幸; 松井 裕哉; 山本 卓也*; 青木 智幸*; 小川 豊和*; 城 まゆみ*; 藤井 義明*
平成19年度資源・素材学会北海道支部総会及び春季講演会講演要旨集, p.9 - 10, 2007/06
現在、日本原子力研究開発機構は、高レベル放射性廃棄物の地層処分に関する研究開発の一環として、北海道幌延町で幌延深地層研究計画と称する地下研究施設(掘削深度500m)の建設を伴う研究プロジェクトを進めている。この地下研究施設周辺に分布する岩石は、多孔質でかつ低透水性であるという特徴を有する。このため、岩盤中に坑道を掘削すると、坑道周辺岩盤中に大きな過剰間隙水圧が生じ、坑道周辺の岩盤が不安定になる可能性がある。本研究では、このような水-応力の連成挙動が周辺岩盤及び支保に与える影響を数値解析により検討した。その結果、等方圧でない場合は、坑道奥部に過剰間隙水圧が発生し、かつその消散がゆっくり進むことにより長期に渡る特徴的な坑道の変形が生じる可能性が示唆された。一方、支保工の耐力は発生支保応力に対し、十分な裕度があることがわかった。
小川 豊和*; 青木 智幸*; 城 まゆみ*; 松井 裕哉; 堀井 秀之*
第36回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集, p.39 - 44, 2007/01
地下深部の堆積軟岩中に空洞を掘削する場合、坑道掘削時においても掘削による弾性的な変形に加え時間依存性変形が生じるので、地下施設の合理的な設計・施工,操業時の安全性確保の観点からも時間依存挙動が坑道の安定性に及ぼす影響を評価しておく必要があると考えられる。本論文では、坑道掘削時に生じる地山の時間依存挙動が坑道の安定性に及ぼす影響を調べるために適用した、室内試験・数値解析を組合せた工学的な一手法を紹介する。具体的には、室内クリープ試験結果に基づきレオロジカルモデルのパラメータを決定し、二次元平面ひずみ応力変形解析を実施して、時間依存挙動が坑道周辺岩盤並びに支保の安定性に及ぼす影響を検討した。また、弾性的な変形に対する時間依存性変形の大きさと変形速度に関する指標を定義し、支保設置後からの地山の変形量や支保軸力に及ぼす時間依存性特性の影響を整理した。
山本 卓也*; 青木 智幸*; 城 まゆみ*
JNC TJ5400 2005-002, 200 Pages, 2005/03
JNC-TJ5400-2005-002.pdf:42.65MB
地下深部の堆積軟岩中に建設される地下施設の合理的な設計や施工・操業時の安全確保の観点から、空洞周辺岩盤の長期的な安定性を検討する必要がある。特に、堆積軟岩の時間依存性は未だそのメカニズムに不明な点が多く、重要な検討項目の一つであると考えられる。今年度は、これまでの研究で得られた知見の妥当性を確認しするとともに、平成17年度の地下施設建設に伴う地質環境変化予測の一環として、特に「ひずみの局所化」が生じた場合の空洞周辺岩盤中の掘削影響評価の考え方および支保等に与える影響を検討するための室内試験および解析評価を実施した
山本 卓也*; 青木 智幸*; 瀧 治雄*; 城 まゆみ*
JNC TJ5400 2003-005, 190 Pages, 2004/02
JNC-TJ5400-2003-005.pdf:37.41MB
無し
山本 卓也*; 青木 智幸*; 瀧 治雄*; 城 まゆみ*
JNC TJ5400 2003-001, 120 Pages, 2003/06
JNC-TJ5400-2003-001.pdf:14.04MB
地下深部の堆積軟岩中に建設される地下施設の合理的な設計や施工・操業時の安全確保の観点から空洞周辺岩盤の長期的な安定性を検討する必要がある。特に、堆積軟岩の時間依存挙動は未だそのメカニズムに不明な点が多く、重要な検討項目の1つであると考えられる。今年度は、時間依存挙動(ここでは、掘削直後から生じる短期変形とその後の長期変形を指す)が支保や坑道周辺岩盤の安定性に及ぼす影響を検討するための予備解析および室内クリープ試験を実施するとともに、今後の調査試験計画の策定を行なった。「予備解析」では、昨年度のHDB-2孔の泥岩コアを用いた室内試験結果から物性値を決定し、坑道掘削時の時間依存挙動の解析的検討を行なった。また、時間依存挙動を表す指標(クリープ変形指標・時間指標)を提案し、それらの指標で坑道掘削時の時間依存挙動が顕著な条件での感度解析を行い、支保の安定性とそれらの指標との関係を示した。さらに、昨年度の研究結果に基づき、超長期後の坑道周辺岩盤物性を想定したモデル(残留状態の強度特性を持つ弾塑性体)を提案し、その状態で岩盤・埋め戻し材の挙動を解析的に検討した。昨年度の超低速での三軸圧縮試験で見られた過剰間隙水圧の発生・消散について、応力-浸透連成解析を実施し、クリープ現象との違いについて考察した。「室内クリープ試験」では、昨年度HDB-2孔の岩石コアの三軸クリープ試験を実施したが、今年度はHDB-1孔の岩石コアについて1ヶ月程度の一軸長期クリープ試験を実施し、この試験結果より、昨年度と同様に数種のレオロジーモデルのパラメータを決定した。また、一軸クリープ試験結果から求めたパラメータを、三軸試験から求めたパラメータと比較し、昨年度用いたモデルの適用性等に関する知見を得た。「調査・研究計画の策定」では、昨年度提案した計画に、本年度の予備解析で得られた知見を加味し、原位置試験を含むより具体的な調査・試験計画案を策定した。
山本 卓也*; 青木 智幸*; 瀧 治雄*
JNC TJ1400 2001-007, 186 Pages, 2002/03
JNC-TJ1400-2001-007.pdf:5.49MB
地下深部の堆積軟岩中に建設される地下施設の合理的な設計や施工、操業時の安全性確保の観点からは空洞周辺岩盤の長期的な安定性を検討する必要がある。特に、堆積軟岩の時間依存挙動は未だそのメカニズムに不明な点が多く、重要な検討項目の1つであると考えられている。本件では、既往の研究事例を調査することにより堆積軟岩の長期挙動研究の現状、課題を整理するとともに、試錐調査で得られる岩芯コアを用いた室内試験データの取得を行い、その結果に基づき今後の調査試験計画を策定した。既往の研究事例については、堆積軟岩の長期挙動研究事例に関する文献を収集し、研究方法や構成則の現状を把握した。代表的な構成則として、足立、岡モデル、大久保モデル、堀井モデル、レオロジーモデルを取り上げ、各モデルの特徴、必要なパラメータやパラメータの決定に必要な試験を比較検討した。次に、幌延地点の堆積軟岩の長期挙動に関する基本的な特性を把握することを目的とし、試錐調査で得られた岩芯コアを用いた室内試験を実施した。試験は排水条件での三軸圧縮試験とした。2本のクリープ試験結果のひずみ
時間関係をBurgersモデルによりフィッティングし、パラメータの算定を行った。また、ひずみ速度を非常に遅くしないと過剰間隙水圧が発生することが分かった。上記の結果に基づき、幌延深地層研究所において実施すべき長期挙動に関する調査、試験計画の策定を行った。第1段階では、幌延地点の堆積軟岩の長期挙動を室内試験により把握し、モデル選定および長期挙動の予測を行う。第2段階および第3段階では、予測結果を原位置での計測、調査、試験により検証する計画とした。
山本 卓也*; 青木 智幸*; 瀧 治雄*; 城 まゆみ*
JNC TJ5400 2003-004, 73 Pages, 2000/02
無し
下茂 道人*; 山本 卓也*; 山本 肇*; 青木 智幸*
PNC TJ7205 97-002, 42 Pages, 1997/10
試錐孔間水理試験装置は、坑道周辺の岩盤内に存在する単一割れ目の係数、比貯留係数、水理学的な連続性、異方性等や間隙水圧を、複数のボーリング孔を利用して測定するための透水試験装置であり、地層科学研究の調査技術および機器開発の一環として製作している。注水条件としては、定圧および定流量試験のほかに、バックグラウンドの地下水圧のノイズに大きく影響を受けずに試験が行えるシヌソイダル法(正弦波圧力注水法)のいづれかを選択できる。本試験装置については、平成4年度に実施した設計に基づき、平成5年度から平成7年度にかけて注水孔用孔内部と観測孔用孔内部をそれぞれ一組、および地上部一式を製作した。さらに、平成8年度には、釜石鉱山原位置試験場において、本装置の現場性能試験を実施し、2本の試錐孔間での透水試験により、装置の基本性能と適用範囲の把握を行なっているところである。本件では、本装置により、岩盤中の単一割れ目の水理特性を3次元的な評価を可能とするための技術開発の一環として、観測孔用孔内部1組および地上部の補助装置を製作した。また、現場試験においてより効率的に試験データを監視するために地上部の計測装置の改良を実施した。
下茂 道人*; 井尻 裕二*; 青木 智幸*; 杉原 豊*
PNC TJ7205 95-001, 189 Pages, 1995/03
試錐孔間水理試験装置は、坑道周辺の岩盤内に存在する単一割れ目の透水係数、比貯留係数、水理学的な連続性、異方性等や間隙水圧を、複数のボーリング孔を利用して測定するための透水試験装置であり、坑道周辺に分布する岩盤の水理特性を明かにするための調査技術および機器開発の一環として現在開発を進めている。注水方法としては、バックグラウンドの地下水圧のノイズに大きく影響を受けずに試験が行えるシヌソイダル法を採用している。本業務では、昨年度、注水制御装置および孔内装置の注水区間を製作したが、本年度はこれに引続き、計測装置と流量計測装置の製作を行った。計測装置は、圧力センサーや流量測定装置からのデータを取得するためのアンプおよびA/D変換器、そしてデータの表示、保存および出力を行うためのパソコンユニットからなる。コンピュータには、過酷な環境下での使用を想定して、FA仕様のタッチパネルコンピュータを採用するとともに、オブジェクト志向言語を用いた計測プログラム"HYDROMONITOR"を新たに製作した。流量測定装置には、0.02200
/hrの広範囲な流量測定を行うために、5台の流量計を製作し必要な改良を行った。完成した装置を用いて室内性能試験を行い、所定の性能を有することを確認した。
下茂 道人*; 青木 智幸*; 井尻 裕二*; 杉原 豊*
PNC TJ7205 94-001, 180 Pages, 1994/05
試錐孔間水理試験装置は、坑道周辺の岩盤内に存在する単一割れ目の透水係数、比貯留係数、水理学的な連続性、異方性等や間隙水圧を、複数のボーリング孔を利用して測定するための透水試験装置であり、坑道周辺に分布する岩盤の水理特性を明らかにするための調査技術および機器開発の一環として現在開発を進めている。注水方法としては、バックグラウンドの地下水圧のノイズに大きく影響を受けずに試験が行えるシヌソイダル法を採用している。本業務では、昨年度実施した設計をもとに、細部を再度見直し、注水制御装置と孔内装置の注水区間の製作を行った。注水制御装置には、コンピュータ制御による油圧サーボ方式のダブルブースターポンプを用いた。バッカーには、高止水性、高剛性の両面を満足させるために、二重被覆のゴムを採用した。また、孔内に設置する圧力変換器には、高精度、高分解能を有する水晶発振型圧力変換器を用いた。完成した装置を用いて室内性能試験を行い、所定の性能を有することを確認した。
小川 豊和*; 青木 智幸*; 木ノ村 幸士*; 松井 裕哉
no journal, ,
幌延深地層研究計画では、深度500mに達する地下施設を現在建設中であり、その建設中及び施設を利用した高レベル放射性廃棄物処分に関する研究を今後実施する計画である。地下施設周辺に分布する堆積軟岩は拘束圧下でひずみ軟化挙動を示すため、地下施設の力学的安定性評価にはその特性を考慮することが重要と考えられる。本研究では、ひずみ軟化挙動を考慮した立坑の3次元掘削解析を実施し、現状の設計の妥当性について検討した。その結果、現状の設計はおおむね妥当と考えられるが、深度に対して岩盤強度が小さい場所では空洞の力学的安定性に問題が生じる可能性があることがわかった。
小川 豊和*; 青木 智幸*; 木ノ村 幸士*; 真田 祐幸; 松井 裕哉
no journal, ,
原子力機構は、高レベル放射性廃棄物の地層処分に関する研究開発の一環として地下研究施設の建設を伴う研究プロジェクト(幌延深地層研究計画)を進めている。地下研究施設周辺の珪質岩は拘束圧下でひずみ軟化挙動を示す。そして、地上からの調査において実施したボーリング調査並びに岩石コアを用いた室内試験で物性の深度依存性を示すことが明らかとなった。そこで地下研究施設の建設に伴い周辺岩盤に与える影響を確認するために、物性の深度依存性を考慮した岩盤物性分布モデルを用いて行った予測評価(施工手順と物性の深度依存性を考慮した立坑の三次元逐次掘削解析)を行い、坑道掘削に伴う周辺岩盤の物性変化の程度と幅を明らかにした。
坂井 一雄*; 小池 真史*; 青木 智幸*; 山本 卓也*; 羽出山 吉裕*; 山崎 雅直
no journal, ,
原子力機構では、高レベル放射性廃棄物の地層処分における技術開発として、地下研究施設の建設を伴う研究プロジェクト(幌延深地層研究計画)を進めている。地下研究施設の構造部材である覆工コンクリートの挙動を理解し、その長期的な健全性を確保する設計手法を確立することは、重要な課題の一つである。本研究では、立坑にて計測されたショートステップ工法に特徴的な立坑周辺岩盤と覆工応力の挙動を理解し、将来の合理的な設計に資することを目的として、切羽・覆工形状や施工過程をできるだけ忠実に再現した三次元逐次掘削解析を実施した。その結果、地中変位や覆工コンクリート応力の計測結果に見られるショートステップ工法に特有の壁面近傍で顕著に圧縮する挙動を表現することができた。今後は、実際の覆工コンクリートの巻厚内における応力分布やひずみ分布を明らかにする計測を実施し、覆工コンクリートの複雑な応力変化等を解明することで、合理的な設計手法を確立する予定である。