地下空洞周辺岩盤内の不飽和領域解析手法に関する提案; 岩石の不飽和浸透パラメータと空洞壁面境界条件の設定方法

今井 久*; 雨宮 清*; 松井 裕哉; 佐藤 稔紀; 三枝 博光; 渡邉 邦夫*

土木学会論文集,C(地圏工学)(インターネット), 69(3), p.285 - 296, 2013/07

https://doi.org/10.2208/jscejge.69.285

放射性廃棄物の地層処分や液化石油ガスの地下貯蔵においては、地下空洞周辺岩盤内の不飽和領域の把握やその適切な管理が要求される。岩盤内不飽和領域の把握や管理に際しては岩盤内の浸透流解析が必要で、この解析では岩盤の不飽和特性の設定、掘削状況に応じた空洞壁面への適切な境界条件の設定という二つの課題が存在する。著者らは岩盤の不飽和特性の測定方法として土壌に対する方法を応用し、水分特性曲線及び比透水係数の測定方法を考案、また、浸透流解析の境界条件設定に関しては、固定水位境界と固定流量境界を合わせたハイブリッド境界を考案した。考案した測定方法を室内試験に適用、ハイブリッド境界条件を仮想モデルに対して適用し、これらの適用性を確認するとともに、地下空洞周辺岩盤内の不飽和領域の評価解析手法を提示した。

人工バリア性能確認に関する基盤情報取得方法の調査研究(II)

千々松 正和*; 福留 和人*; 浦野 和彦*; 今井 久*; 佐々木 肇*; 雨宮 清*

JNC TJ8400 2004-027, 87 Pages, 2005/02

JNC-TJ8400-2004-027.pdf:2.13MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分においては,処分場の閉鎖の判断情報を与えるものとして,人工バリアが所期の性能を確保することにより,処分場が要件を満たして機能しており,その結果,安全が担保されていることを示す必要がある。この安全担保を示す一つの手法として,人工バリアにおける実現象が予測される挙動範囲内にあることを示すことが考えられる。そこで,「人工バリア性能確認に関する基盤情報取得方法の調査研究(平成15年度)」(以下,平成15年度研究と呼ぶ)においては,性能確認における計測項目の抽出,計測技術の現状の調査,および計測技術の開発計画の立案を行った。継続となる本研究では,幌延などの地下研究施設を想定して,人工バリア性能等の基盤情報取得に関わる検討を行うとともに,情報取得に適用可能な計測手法の調査・開発を継続して行った。

熱-水-応力-化学連成挙動に関する研究(III) -成果報告書-

石原 義尚*; 千々松 正和*; 雨宮 清*; 塩崎 功*; 伊藤 隆哉*

JNC TJ8400 2004-004, 625 Pages, 2004/02

JNC-TJ8400-2004-004.pdf:7.37MB

本研究は、地層処分システムのニアフィールドにおける連成解析を実現させるため,既存の現象解析コードTHAMES,Dtransu,phreeqcを用いた熱-水-応力-化学連成解析コードの開発,事例解析を実施した。(1)本研究では,物質移行-地球化学連成において必要となる機能の拡張として,収束アルゴリズムの改良,脱ガス・ガス拡散,濃縮・希釈現象を取り扱うため,物質移行解析コードの改良を実施した。(2)本研究では,地球化学-物質移行モジュールにおいてイオン交換反応,表面錯体反応,反応速度モデルを取り扱えるようにした。(3)本研究では,緩衝材中での透水係数の変化がCa型化の度合い,緩衝材構成鉱物の溶解・沈殿による密度の変化,塩濃度などの関数として与えられるようにするため,既存の試験データを整理し,連成・物性モジュールを作成し,連成解析コードに導入した。また,物質移行-地球化学の高度化にともない検証解析を実施した。(4)本研究では,開発したTHMC解析コードの適用性を確認するため,HLWニアフィールド体系を対象として,1次元,3次元モデルによる事例解析を実施した。これらの成果を踏まえ,今後の課題についてまとめた。

熱-水-応力-化学連成挙動に関する研究(II)-成果報告書-

石原 義尚*; 千々松 正和*; 根山 敦史*; 田中 由美子*; 雨宮 清*; 塩崎 功*; 伊藤 隆哉*

JNC TJ8400 2003-032, 237 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-032.pdf:2.5MB

本研究は、地層処分システムのニアフィールドにおける連成解析を実現させるため,既存の現象解析コードTHAMES,Dtransu,phreeqe60 を用いた熱-水-応力-化学連成解析コードの開発,事例解析を実施した。(1) 本研究では,THAMES(熱-水-応力解析コード),Dtransu(物質移行解析コード),phreeqe60(地球化学解析コード)のプロセスを自動制御し,連成解析全体を管理する連成管理プログラム(COUPLYS)を開発した。(2) 本研究では,物質移行-地球化学連成において必要となる機能の拡張として,溶液濃度の受渡し,トータル濃度の受渡しに関する支援モジュールを作成した。更に,多元素を取り扱うことができるようにするため,物質移行解析コードの改良を実施した。(3) 本研究では,THMC 物性・連成モジュールとして,既存の実験データに基づき緩衝材の透水係数が,化学反応(鉱物の溶解・沈殿)による密度変化やNaCl 濃度に依存するモデルを作成した。連成管理プログラム(COUPLYS)にTHAMES,Dtransu,phreeqe60,物性・連成モジュールを搭載することにより,THMC 解析コードを構築し,感度解析を実施した。(4) 本研究では,開発したTHMC 解析コードの適用性を確認するため,HLW ニアフィールド体系を対象として,1次元,3次元モデルによる事例解析を実施した。

実規模人工バリア試験の解析評価研究 概要

千々松 正和*; 雨宮 清*

JNC TJ8400 2003-020, 53 Pages, 2003/01

JNC-TJ8400-2003-020.pdf:1.02MB

地層処分を確実に行なうためには、人工バリアの健全性を確保する必要がある。人工バリアの健全性において重要な要因の一つとなるのが緩衝材の施工技術であり、緩衝材が設計に基づいて施工されることが必要である。本研究では、緩衝材をブロックで施工した場合に考えられるブロック間や岩盤あるいはオーバーパックとの隙間の充填性に関する検討を実施することとし、隙間をベントナイトペレットで充填した際の充填性に関して検討を行う。検討対象は、ベントナイトペレット充填層の透水性および密度の経時変化、浸潤水が人工海水となった時の止水性等である また、施工された緩衝材内には、処分後、廃棄体からの発熱、地下水の浸潤、周辺岩盤からの地圧や緩衝材の膨潤といった連成挙動が発現すると考えられる。これらの現象を理解、評価するためには、人工バリアを対象とした原位置での実規模試験の情報に基づき、適切なモデルを構築する必要がある。ここでは、スウェーデン・エスポ島で行なわれている実規模緩衝材を用いた実証試験(Prototype Repository Project)の連成解析評価を実施した。解析に際しては、所有の熱-水-応力連成解析コードに膨潤評価式の導入を試み、より信頼性の高いモデルの構築を行った。

DECOVALEXにおける解析評価研究

千々松 正和*; 雨宮 清*

JNC TJ8400 2003-010, 190 Pages, 2003/01

JNC-TJ8400-2003-010.pdf:26.58MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、施工された緩衝材内には、処分後、廃棄体からの発熱、地下水の浸潤、周辺岩盤からの地圧や緩衝材の膨潤といった連成挙動が発現すると考えられる。このような人工バリア内に発現する現象を精度よく評価することは、長期にわたる処分場の健全性評価の初期条件を与えるものとして重要な因子の一つと考えられる。国際共同研究(DECOVALEX)は人工バリア周辺における熱-水-応力連成現象の理解および評価モデルの検証の場として世界各国の機関が参画しているものであり、その場において解析コードの妥当性を評価するとともに、高度化を行なっていくことは有意義なことであると考えられる。そこで、DECOVALEXにおいて課題となっている問題に対し、検討を実施した。解析はTask1(FEBEX 原位置試験の解析)、Task3 BMT1(ニアフィールドにおける連成挙動解析)、Task3 BMT2(亀裂評価に対するスケールアップに関する解析)に関して実施したので、その解析結果を報告する。

実規模原位置試験の連成挙動評価研究(概要)

千々松 正和*; 雨宮 清*; 山下 亮*

JNC TJ8400 2002-024, 53 Pages, 2002/02

JNC-TJ8400-2002-024.pdf:4.81MB

地層処分を確実に行なうためには、人工バリアの健全性を確保する必要がある。人工バリアの健全性において重要な要因の一つとなるのが緩衝材の施工技術であり、緩衝材が設計に基づいて施工されることが必要である。本研究では、緩衝材をブロックで施工した場合に考えられるブロック間や岩盤あるいはオーバーパックとの隙間の充填性に関する検討を実施することとし、隙間をベントナイトペレットで充填した際の充填性に関して検討を行う。検討対象は、ベントナイトペレット充填層の透水性および密度の経時変化、浸潤水が人工海水となった時の止水性等である。また、施工された緩衝材内には、処分後、廃棄体からの発熱、地下水の浸潤、周辺岩盤からの地圧や緩衝材の膨潤といった連成挙動が発現すると考えられる。これらの現象を理解、評価するためには、人工バリアを対象とした原位置での実規模試験の情報に基づき、適切なモデルを構築する必要がある。ここでは、スウェーデン・エスポ島で行なわれている実規模緩衝材を用いた実証試験(Prototype Repository Project)の連成解析評価を実施した。

人工バリアにおける熱-水-応力連成挙動評価研究(概要)

千々松 正和*; 雨宮 清*; 山下 亮*

JNC TJ8400 2002-022, 70 Pages, 2002/02

JNC-TJ8400-2002-022.pdf:5.66MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、施工された緩衝材内には、処分後、廃棄体からの発熱、地下水の浸潤、周辺岩盤からの地圧や緩衝材の膨潤といった連成挙動が発現すると考えられる。このような人工バリア内に発現する現象を精度よく評価することは、長期にわたる処分場の健全性評価の初期条件を与えるものとして重要な因子の一つと考えられる。国際共同研究(DECOVALEX)は人工バリア周辺における熱-水-応力連成現象の理解および評価モデルの検証の場として世界各国の機関が参画しているものであり、その場において解析コードの妥当性を評価するとともに、高度化を行なっていくことは有意義なことであると考えられる。そこで、DECOVALEXにおいて課題となっている問題に対し、検討を実施した。また、緩衝材を対象とした熱-水-応力連成解析では、その膨潤挙動を評価する手法として水分ポテンシャルの変化にともない膨潤圧が変化するモデルをこれまで検討してきた。このモデルによるこれまでの膨潤挙動の解析評価では実験結果を十分には精度良く表現できていない。そこで、新たなモデルの導入を試みる。ここでは、新たな膨潤挙動のモデル化手法を調査し、そのモデルの解析コードへの組み込みに関して検討を行なった。

熱-水-応力-化学連成挙動に関する研究-概要報告書-

千々松 正和*; 根山 敦史*; 石原 義尚*; 雨宮 清*; 塩崎 功*; 岩田 浩*; 佐川 寛*

JNC TJ8400 2002-004, 83 Pages, 2002/02

JNC-TJ8400-2002-004.pdf:0.91MB

本研究は、地層処分システムのニアフィールドにおける連成解析を実現させるため、熱-水-応力連成解析コードへの物質移行モデルの追加、数値解析コード開発環境ツールを用いた予備的な連成解析について実施した。(1)熱-水-応力-連成解析コードへの物質移行モデルの追加を目的として、機能要求、解析手法について検討し、オイラリアン・ラグランジアン法(EL法)による物質移行機能追加を基本とした改良計画を提示した。(2)改良計画に基づき、既存の熱-水-応力連成解析コード(THAMES)に物質移行モジュールを追加し、検証計算を行った。(3)高レベル放射性廃棄物人工バリアの緩衝材中における熱-水-応力場の塩の挙動を把握するため、改良した解析コード(THAMES-Transport)を用いて連成解析を行った。解析の結果、緩衝材中の塩の移行挙動や濃縮挙動は表現できたが、今回設定した解析条件の下では、塩の蓄積現象は生じなかった。(4)数値解析コード開発環境ツール(Diffpack)上での連成解析の実現性を確認するため、予備的連成解析システムの設計、製作を行った。本予備的連成解析システムでは、既存の物質移行解析コード(HYDROGEOCHE)、地球化学計算コード(phreeqe60)の連成を対象とした。(5)予備的連成解析システムの正確性を確認することを目的として、開発した連成解析コードと既存の物質移行-地球化学連成解析コード(HYDROGEOCHE)のベンチマーク解析を実施した。(6)THAMESの改良、予備的連成解析システムの製作を通じて課題を摘出し、短期的な開発計画(案)を作成した。

堆積岩地域における広域地下水流動解析手法に関する検討

今井 久*; 山下 亮*; 雨宮 清*; 塩崎 功*

JNC TJ1410 2001-002, 318 Pages, 2001/08

JNC-TJ1410-2001-002.pdf:34.33MB

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