ニアフィールドの長期力学連成解析手法の構築,2

齋藤 雄也; 棚井 憲治; 高治 一彦*; 重野 善政*; 下河内 隆文*

JAEA-Research 2009-065, 76 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-065.pdf:23.92MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における人工バリア設計や安全評価においては、緩衝材の長期力学的挙動に影響を及ぼす事象を適切に評価することが重要となる。原子力機構では、ニアフィールドにおける長期的な力学的相互作用を評価するために、人工バリア,処分坑道,周辺岩盤を含む3次元有限要素解析モデルを用いて、オーバーパックの自重沈下,腐食膨張及び岩盤クリープ挙動を考慮することができる連成解析手法を構築した。また、コンクリート支保の劣化挙動モデルを解析プログラムに導入し、動作確認及び妥当性の検証を実施した。本稿では、これまでの検討で残された課題である、(1)埋め戻し材の力学パラメータの取得及び構成モデルの検討,(2)コンクリート支保劣化モデルの3次元プロトタイプへの導入,(3)3次元有限要素解析モデルにおける解析メッシュの分割粗さ及び時間刻みの影響について検討した。(1)では、埋め戻し材を対象とした圧密試験を実施し、供試体成型圧に近い圧密降伏応力を有すること、緩衝材と同様に除荷・再載荷過程においてヒステリシスを示すことが確認された。(2)においては、コンクリート支保劣化がニアフィールド全体の力学挙動に大きな影響を及ぼすことを確認した。(3)においては、3次元有限要素解析においてメッシュ分割粗さが解析結果(特に岩盤の応力分布)に影響を有することが確認された。

緩衝材長期力学挙動評価モデルのパラメータ設定に関する検討

西村 繭果; 棚井 憲治; 高治 一彦*; 平井 卓*; 白武 寿和*

JAEA-Research 2006-036, 82 Pages, 2006/06

JAEA-Research-2006-036.pdf:4.09MB

本書では、関口-太田モデル及び足立-岡モデルのパラメータ設定について行ってきた検討結果を整理し、得られた知見を示した。その結果、緩衝材の変形挙動と応力状態の両者を1つのパラメータセットで評価することは困難であるが、それぞれの評価項目に適切なパラメータを選択して用いることにより、緩衝材の力学挙動を再現することが可能であることを示した。また、緩衝材の長期変形挙動において重要となる二次圧密係数については、保守的な設定を行うと同時に、ナチュラルアナログ評価手法によってその値の範囲を提示することにより、過度に保守的な評価に偏らない挙動評価を行うことが可能となった。また、人工バリアの長期挙動評価を行い、自重沈下量を最も大きく見積もるパラメータを用いた計算により、オーバーパックの沈下量の限界値を概略的に示した。

幌延の地下水環境下におけるベントナイト混合材料の力学特性に関する研究(II)

高治 一彦*; 重野 喜政*; 下河内 隆文*

JNC TJ5400 2004-002, 89 Pages, 2005/02

JNC-TJ5400-2004-002.pdf:12.07MB

幌延深地層研究計画では岩盤・緩衝材クリープ試験、坑道閉鎖試験、定置精度確認試験、THMC試験などの原位置試験が計画されている。これら原位置試験は、第2次取りまとめに示された人工バリア設計手法の具体的な地質環境に対する適用性の例示と評価、および人工バリアの長期的な現象理解と予測評価手法の信頼性向上を目的としてる。そこで原位置試験設計におけるベントナイト混合材料の仕様(密度、ケイ砂混合率など)を検討するために、塩水系地下水環境でのベントナイト混合材料の力学挙動に関するデータの取得を平成15年度から開始し、幌延の原位置試験で想定される塩水系地下水環境でのベントナイト混合材料を力学挙動を把握した。また、人工バリアの長期挙動の予測手法の適用性を確認するために、室内試験の結果を用いたオーバーパックの沈下挙動などの解析を実施した。本研究では不飽和状態におけるイチジク圧縮試験や長期圧密試験などを行ない、塩水系地下水環境下における試験データの拡充を行なった。また平成15年度に得られたデータとあわせて人工バリアの長期挙動予測を実施し、予測精度の向上を図った。

緩衝材長期力学挙動評価モデルの検討

平井 卓; 棚井 憲治; 菊池 広人*; 重野 喜政*; 並河 努*; 高治 一彦*; 大沼 敏*

JNC TN8400 2003-034, 158 Pages, 2004/02

JNC-TN8400-2003-034.pdf:5.26MB

緩衝材に求められるオーバーパック支持性能や応力緩衝性能に関しては、「第2次取りまとめ」において、設定された仕様の人工バリアに対する安定性やオーバーパック作用応力の評価を行った。しかし、評価解析に用いられた長期挙動評価モデルは一般の粘性土における実績やパラメータ設定の容易さにより選定されており、膨張性のあるベントナイトを用いた緩衝材への適用性に関して十分な検討がなされていなかった。そこで、既存の評価モデルより緩衝材への適用性の高いモデルを再抽出するとともに、緩衝材の支持性能や応力緩衝性能に関する再評価をすることが必要と考えた。そこで、最初に一般の粘性土の力学挙動評価に対して実績のある既存の評価モデルを体系的に分類した後、適用性が高いモデル抽出した。次に緩衝材の室内要素試験結果を各モデルを用いてシミュレーション解析を実施し、抽出モデルの適用性検討とパラメータ選定を実施した。最後に、これらのモデルとパラメータを用いて、人工バリア中のオーバーパックの自重沈下とオーバーパックの腐食膨張の影響を解析により再評価した。その結果、抽出された関口-太田モデルと足立-岡モデルは、ほぼ同一の評価精度を有していることやモデルのパラメータは、圧密試験と三軸圧縮試験を同時に精度良く評価できるものを選定することが困難であり、人工バリア中の緩衝材の挙動を評価するためには、2種類のパラメータセットが必要なことなどが分かった。

緩衝材長期力学挙動構成モデルの検討(III)

高治 一彦*; 重野 喜政*; 下河内 隆文*; 白武 寿和*; 田村 博邦*

JNC TJ8440 2003-007, 218 Pages, 2004/02

JNC-TJ8440-2003-007.pdf:4.43MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分の研究開発において、人工バリアに要求される各機能を確保するには、人工バリアが長期間力学的に安定であることが不可欠である。処分場閉鎖後において、人工バリアを形成する緩衝材には、種々の外力が長期間作用すると考えられる。人工バリアの性能評価を精度よく実施するためには、これらの外力に対する緩衝材の力学的変形挙動を精度よく評価することが必要である。本研究では、選択された2つの構成式(関口-太田モデル、足立-岡モデル)のために設定されたいくつかのパラメータを用いて、要素試験、模型試験のシミュレーションを行い、構成式およびこれらのパラメータの適用性を検討した。また、これらのパラメータを用いた人工バリアのシミュレーション解析を実施し、長期力学的挙動評価を行った。解析では、オーバーパックの沈下量、緩衝材の応力状態、岩盤への反力等を評価し、長期にわたって人工バリアは力学的に安定である結果を得た。次に、解析モデルおよび解析結果を傍証するために、スメクタイト層などの堆積年代、力学履歴などについて文献調査を行い、ナチュラルアナログ的検証方法について概略計画を立案し、凍結サンプリングの適用性について予備的検討を行った。

緩衝材長期力学挙動構成モデルの検討(II)

重野 喜政*; 並河 努*; 高治 一彦*

JNC TJ8440 2003-002, 137 Pages, 2003/02

JNC-TJ8440-2003-002.pdf:3.81MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分の研究開発において、人工バリアに要求されを確保するには、人工バリアが長期間力学的に安定であることが不可欠である鎖後において、人工バリアを形成する緩衝材には、種々の外力が長期間作用すれる。人工バリアの性能評価を精度よく実施するためには、これらの外力に対の力学的変形挙動を精度よく評価することが必要である。本研究では、選択された2つの構成式(関口-太田モデル、足立-岡モデル)設定されたいくつかのパラメータを用いて、要素試験のシミュレーションを行およびこれらのパラメータの適用性を検討した。また、これらのパラメータを用いた人工バリアの感度解析を実施した。解析でーバーパックが腐食膨張しない場合の沈下挙動、2.オーバーパックの腐食膨挙動の2ケースのシナリオについて検討を行った。その結果、自重沈下は主にータの影響を受けること、どのパラメータを用いた解析でも、人工バリアの全は生じなかったこと、また、周辺岩盤が受けるオーバーパックの膨張の影響をめには、粘性パラメータが重要であることが分かった。

ニアフィールドの長期力学安定性評価

高治 一彦; 三浦 一彦*; 田部井 和人*; 納多 勝*; 杉江 茂彦*; 高橋 真一*

サイクル機構技報, (5), p.27 - 36, 1999/12

https://rdreview.jaea.go.jp/gihou/pdf/9874.pdf

高レベル廃棄物処分場において、ガラス固化体、オーバーパック、緩衝材および周辺岩盤からなるニアフィールド環境が、長期に亘って力学的安定性を維持しうるかどうかを確認することは、安全評価上重要である。ここでは、想定される種々の現象のうち、岩盤クリープ変形、オーバーパックの腐食膨張、沈下現象を対象としたニアフィールド環境の安定性について、解析的検討を行った。その結果、今回設定した条件下では10,000年を経過してもその安定性に有意な影響を及ぼさないことが示された。

緩衝材の動的力学特性

高治 一彦; 谷口 航

JNC TN8400 99-042, 68 Pages, 1999/11

JNC-TN8400-99-042.pdf:2.74MB

緩衝材には、止水性、自己シール性、核種収着性、熱伝導性、化学的緩衝性、オーバーパック支持性、応力緩衝性等が長期にわたり維持されることが期待されている。これらの機能を比較的満足し得る材料として、天然に産する粘土が注目され、中でも圧縮されたベントナイトは、非常に低い透水性による水の動きの抑制、水の浸潤に伴い膨張し圧縮ベントナイト中の間隙や隣接する岩盤中の割れ目への充填、陽イオン核種を収着する陽イオン交換能を有している等の点で優れており、緩衝材として最も有力であると考えられている。サイクル機構では地層処分研究の一環として、人工バリア技術開発および安全評価の基礎データとするために緩衝材の特性に関する研究を進めている。本報告書は、耐震安定性評価に資するための緩衝材としての圧縮ベントナイトの動的力学特性の把握を目的として、動的三軸試験、弾性波速度の測定、液状化試験についての手順、試験条件、結果および考察についてまとめたものである。動的三軸試験により、せん断剛性および減衰比のせん断ひずみ依存性、力学モデルへの適用等、弾性波速度の測定により、動的三軸試験によって得られた最大せん断剛性の妥当性等、液状化試験により、繰返し載荷による動的強度等を把握することができた。

深部地下空洞および内部構造物の振動挙動に関する研究(2)-核燃料サイクル開発機構および防災科学技術研究所との共同研究報告、その2-

谷口 航; 高治 一彦; 御子柴 正*; 森 康二*

JNC TN8400 99-055, 168 Pages, 1999/09

JNC-TN8400-99-055.pdf:4.14MB

わが国のように地震の多い地質環境条件下における地層処分では、人工バリアシステムの健全性を保つために、人工バリアシステムの耐震性評価が必要である。本研究は、地層処分システムにおける人工バリアシステムの耐震性を、工学規模の振動実験により確認評価するとともに、人工バリアの耐震性評価手法の確立を図るもので、科学技術庁・防災科学技術研究所と核燃料サイクル開発機構(旧、動力炉・核燃料開発事業団)が共同で、平成4年度から実施しているものである。本報告書は、第1報の「深部地下空洞および内部構造物の研究(---動力炉・核燃料開発事業団および防災科学技術研究所との共同研究中間報告---)」に引き続き、中型規模での振動実験、および地震応答解析コード/モデルの開発について、第1報以降(平成6年度以降)に得られた成果をまとめたものである。以下に得られた成果を簡略に示す。(1)振動実験 スイープ加振による試験体の固有振動数の検索により、固有振動数は加振レベルが大きくなるにしたがって小さくなる傾向を示した。実地震波加振では、オーバーパックおよびベントナイトとも各地震波特有な周期に目立った応答はせず、模擬人工バリアは一体となって挙動した。(2)解析コード/モデルの開発 これまでに、緩衝材の応力ひずみ関係の非線形性を考慮した解析コードの開発を行った。このコードを用いた上記実験の検証解析において、実験結果と解析結果はほぼ一致した。

圧縮ベントナイトの力学特性

高治 一彦

動燃技報, (2), p.9 - 17, 1999/03

高レベル放射性廃棄物の処分場において、緩衝材は岩盤とオーバーパックの間に設置されるものであり、現在、Na型ベントナイトを基本材料として設計検討が進められている。緩衝材の設計検討を行うにあたっては、室内試験等から得られたデータにより力学特性を明確にし、様々な角度から評価を行う必要がある。これまでに動燃では、種々の条件下で力学特性データ等の取得を行っている。本報告ではクニゲルV1-100%材料およびクニゲルV1とケイ砂の混合材料について、圧裂試験、一軸圧縮試験、一次元圧密試験、圧密非排水三軸試験、圧密非排水三軸クリープ試験、動的三軸試験の現在まで得られている結果および知見についてとりまとめた。