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報告書

研究施設等廃棄物のトレンチ処分施設における廃棄体の受入基準の設定; 有害な空げきが残らないこと

仲田 久和; 高尾 肇*; 千々松 正和*; 野間 康隆*; 天澤 弘也; 坂井 章浩

JAEA-Technology 2018-014, 43 Pages, 2019/03

JAEA-Technology-2018-014.pdf:5.91MB

日本原子力研究開発機構は、研究施設等廃棄物のトレンチ埋設処分施設の設置を計画している。規制で定められる同施設の技術上の基準には、廃棄物埋設地は、土砂等を充填することにより、当該廃棄物埋設地の埋設が終了した後において空隙が残らないように措置することとある。また、トレンチ埋設処分施設に埋設する金属廃棄物を鋼製容器に収納する場合、容器内に有害な空隙が残らないようにする必要がある。鋼製容器を使用した場合、将来、腐食し容器形状を維持できず空隙内に周辺土壌が入り込み、その結果として埋設処分施設が沈下・陥没する可能性がある。これによって、埋設処分施設の覆土が、雨水等が溜まりやすい覆土形状に陥没するなどして埋設処分の安全性に不利な影響を及ぼすことが考えられる。このため、埋設する鋼製容器内の空隙率を定量的に考慮した廃棄体の受入基準が必要となる。本報告では、廃棄体内の空隙率に応じて、トレンチ埋設処分施設の上部覆土の沈下量をDEM解析により評価し、廃棄体1体あたりの空隙率を20%以下と予備的に設定した。

論文

スウェーデン$"A$sp$"o$地下研究施設において実施されたPillar Stability Testの解析評価,1; 連続体解析手法を用いた解析と各機関の解析結果の比較

千々松 正和*; 小山 倫史*; 清水 浩之*; 中間 茂雄; 藤田 朝雄

第13回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.437 - 442, 2013/01

国際共同研究「DECOVALEX-2011」は、熱-水-応力-化学連成モデルの開発・確証を目的とした国際共同研究であり、設定された同一の連成問題に対して、各国が開発した評価モデル/コードを用いて解析・評価を行っている。その中の課題の一つとして、スウェーデンの$"A$sp$"o$地下研究施設における実際の高レベル放射性廃棄物の処分環境を模擬したPillar Stability Testを対象とし、原位置試験場における花崗岩の坑道の掘削及び加熱による亀裂進展挙動の評価を連続体解析手法で行った。その結果、パラメータのキャリブレーションを行うことにより、現地で観察された現象を連続体解析手法でも、ある程度は再現することができた。また、各国の研究機関においてさまざまな手法に関しての適用性の検討が行われたので、併せて報告する。

論文

スウェーデン$"A$sp$"o$地下研究施設において実施されたPillar Stability Testの解析評価,2; 不連続体解析手法である粒状体個別要素法を用いた解析

清水 浩之*; 小山 倫史*; 千々松 正和*; 藤田 朝雄; 中間 茂雄

第13回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.443 - 448, 2013/01

国際共同研究「DECOVALEX-2011」は、熱-水-応力-化学連成モデルの開発・確証を目的とした国際共同研究であり、Task Bとして結晶質岩における連成モデルの開発・確証を行っており、スウェーデンの$"A$sp$"o$地下研究施設における実際の高レベル放射性廃棄物の処分環境を模擬したPillar Stability Testを対象とした連成解析を実施している。その中で、原位置試験場における花崗岩の坑道の掘削,加熱及び応力解放による亀裂進展挙動に対して不連続体解析手法である粒状体個別要素法を適用した一連の数値解析を行った。解析の結果、得られた亀裂の発生及び進展挙動は、原位置試験結果と定性的に一致しており、特に、拘束圧除荷及び応力解放に伴う力学的挙動について詳細な検討を行うことができた。

論文

既存亀裂を考慮した粒状体個別要素法によるHLW処分坑道の力学挙動解析

清水 浩之*; 小山 倫史*; 千々松 正和*; 藤田 朝雄; 中間 茂雄

土木学会論文集,A2(応用力学)(インターネット), 68(2), p.I_477 - I_486, 2012/00

本研究では、スウェーデンのエスポ地下研究所で実施されたHLW地層処分に向けた原位置試験を対象とした、既存亀裂の存在を考慮した二次元粒状体個別要素法による熱-応力連成解析を行った。解析の結果、既存亀裂の割合が多くなるほど一軸圧縮試験及び圧裂試験のシミュレーションから得られるモデル全体としてのヤング率や圧縮・引張強さが小さくなり、既存亀裂を導入することで実際の岩石における寸法効果と同様の効果を定性的に再現できることが確認できた。また、掘削による応力解放及び加熱による岩盤内の亀裂進展をシミュレーションによって表現することができ、原位置試験で観測された結果と比較的良い一致を示した。

論文

Distinct element modeling for Class II behavior of rock and hydraulic fracturing

清水 浩之*; 小山 倫史*; 村田 澄彦*; 石田 毅*; 千々松 正和*; 藤田 朝雄; 中間 茂雄

International Journal of the JCRM (Internet), 7(1), p.33 - 36, 2011/09

本研究では、個別要素法(DEM)を用いて新たに構築した数値解析法を示し、岩盤工学における二つの問題についての物理現象及びメカニズムの解明のためのDEM解析を実施した。まず、半径方向のひずみを制御した一軸圧縮試験のDEM解析を行い、岩石のクラスII挙動を解析した。その結果、DEM解析によりクラスII挙動が再現可能であること、岩石の載荷条件がクラスII挙動に重要な役割を果たしていることがわかった。次に流体を連成させたDEM解析により水圧破砕の解析を実施した。その結果、水の浸透挙動は水の粘性に依存することを示した。粘性が低い時は、水は亀裂にすみやかに浸透し、粘性が高い時は、亀裂の発生・伸展の後、亀裂へゆっくり浸透した。さらに従来の理論と同様にDEM解析においても引張亀裂が優先的に発生した。しかし、岩石の引張強度は圧縮強度よりも小さいため、引張亀裂から放出されるエネルギーは小さい。このような小さなAEイベントはノイズと見分けることが困難である。よってAE観察においては、大きなエネルギーのせん断型のAEイベントが優先的に観察された。

論文

Distinct element approach for the analysis of coupled thermal-mechanical processes in the near field of the HLW repository

小山 倫史*; 清水 浩之*; 千々松 正和*; 中間 茂雄; 藤田 朝雄

Proceedings of 2011 World Congress on Advances in Structural Engineering and Mechanics (ASEM '11plus) (USB Flash Drive), p.3759 - 3782, 2011/09

本研究では、2次元粒状体個別要素法(2-D DEM)において、新たに熱の移動及び熱-力学連成項の定式化及び解析コードへの導入を行った。新たに開発した解析コードを用いてスウェーデンのエスポ地下研究所で結晶質岩を対象とした原位置試験(Pillar stability test)の数値シミュレーション(熱-力学連成解析)を実施した。シミュレーションの結果は原位置における計測結果及び別途実施した2次元及び3次元の有限要素法(2-D, 3-D FEM)による解析結果との比較を行い、新たに開発した個別要素法による解析コードの妥当性を検討した。試験中の主応力・温度などの変化は原位置試験における観測結果及び2-D, 3-D FEMによる解析結果と定性的に良好な一致がみられた。また、原位置試験では試験孔壁面での岩盤の破砕及びV字型に破壊・欠落する現象が観察されており、2-D DEMでは初期に存在するマイクロクラックの存在割合に関するパラメータ・スタディを実施することで、その再現を試みた。

論文

Simulation of the spalling phenomena at the $"A$sp$"o$ Pillar Stability Experiment by the coupled T-H-M analysis using the damage model

千々松 正和*; 小山 倫史*; 小林 晃*; 清水 浩之*; 中間 茂雄

Proceedings of 4th International Conference on Coupled T-H-M-C Processes in Geosystems: Fundamentals, Modeling, Experiments and Applications (GeoProc 2011) (CD-ROM), 13 Pages, 2011/07

国際共同研究DECOVALEX-2011では、$"A$sp$"o$ Pillar Stability Experimentの解析評価が実施された。試験坑道に2本の試験孔が掘削され、Pillarとは2本の試験孔に挟まれた幅1.0m程度の部分のことである。解析は損傷力学モデルを組み込んだ熱-水-応力連成解析コードを用いて実施した。損傷力学モデルに必要な損傷パラメータはSKBにより実施された一軸圧縮強度試験より設定した。この損傷パラメータを用いて解析を実施したところ、損傷は発生しなかった。これは、一軸圧縮強度試験は岩石コアを用いて実施されており、実際の岩盤の強度は岩石コアの強度より劣っているためであると考えられる。そこで、損傷パラメータのキャリブレーションを実施した。キャリブレーションにより得られた損傷パラメータを用いて解析を行ったところ、解析結果は測定結果を良く再現できた。掘削時に損傷の発生が生じており、発生した損傷領域と観察された剥離領域とは整合している。以上より、適切なパラメータを用いることにより有限要素法を用いた連続体モデルでも実際に観測された剥離現象をある程度は再現できることがわかった。

論文

Numerical simulations for the coupled thermal-mechanical processes in $"A$sp$"o$ Pillar Stability Experiment; Continuum and discontinuum based approaches

小山 倫史*; 清水 浩之*; 千々松 正和*; 小林 晃*; 中間 茂雄; 藤田 朝雄

Proceedings of 4th International Conference on Coupled T-H-M-C Processes in Geosystems: Fundamentals, Modeling, Experiments and Applications (GeoProc 2011) (CD-ROM), 11 Pages, 2011/07

本研究では、スウェーデンのエスポ地下研究所で結晶質岩を対象として実施された原位置試験(Pillar stability test)を対象とし、2次元粒状体個別要素法(2D-DEM)による熱-応力連成解析を適用し、原位置における計測結果との比較を行った。解析においては、新たに熱の移動及び熱-力学連成項を定式化し解析コードに導入した。また、原位置試験の解析結果は3次元有限要素法(3D-FEM)によるものと比較を行い、新たに開発した解析コードの妥当性を検討した。試験中の主応力・温度などの変化は原位置試験における観測結果及び3D-FEMによる解析結果と定性的に良好な一致がみられた。また、掘削・加熱工程において試験孔壁面付近に微小亀裂が発生しており、このことから原位置試験で観察された試験孔壁面での岩盤の破砕,V字型に破壊し欠落する現象について考察することができると考えられる。

論文

粒状体個別要素法によるHLW処分坑道における熱-応力連成解析

清水 浩之; 小山 倫史*; 千々松 正和*; 藤田 朝雄; 中間 茂雄

材料, 60(5), p.470 - 476, 2011/05

本研究では、HLW地層処分において廃棄体定置後にニアフィールド環境に生じる熱-水-応力連成現象を評価することを目的とし、まずは粒状体個別要素法を用いた岩盤を対象とした熱-応力連成解析モデルの開発を行った。さらに、スウェーデンのエスポ地下研究所で実施された室内及び原位置試験結果と数値解析結果の比較により開発した熱-応力連成解析モデルの検証を行った。その結果、掘削による応力解放及び加熱による岩盤内の亀裂進展をシミュレーションによって表現することができ、原位置試験で観測された結果と比較的よい一致を示すことがわかった。しかし、定量的により精度の高い解析を行うためには、今後、粒子の微視的パラメータの温度依存性などといったさらなる改良が必要である。

論文

連続体・不連続体解析手法を用いた処分孔周辺岩盤の熱-応力連成挙動の評価

清水 浩之; 小山 倫史*; 千々松 正和*; 藤田 朝雄; 中間 茂雄

第40回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.248 - 253, 2011/01

本論文では、原位置試験場における花崗岩の、坑道の掘削及び加熱による亀裂進展挙動に対して連続体解析手法である有限要素法と不連続体解析手法である粒状体個別要素法を適用した解析結果を比較した。有限要素法による解析結果では、掘削や加熱による応力やひずみの変化を定量的に良好に評価できることがわかった。一方、粒状体個別要素法による解析結果では試験孔壁面付近に微小亀裂が発生しており、このことから原位置試験で観察された試験孔壁面での岩盤の破壊現象について考察することができた。このような数値解析手法の特徴を踏まえて解析結果を比較することで、温度,応力やひずみ,亀裂進展過程について、定性的かつ定量的により精度の高い評価を行うための手法を提案する。

論文

Distinct element analysis for Class II behavior of rocks under uniaxial compression

清水 浩之*; 小山 倫史*; 石田 毅*; 千々松 正和*; 藤田 朝雄; 中間 茂雄

International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 47(2), p.323 - 333, 2010/02

In this study, the radial strain control method for uniaxial compression tests was introduced in the Distinct Element Method (DEM) codes and the Class II behavior of rocks was simulated. The microscopic parameters used in the DEM models were determined based on laboratory uniaxial compression tests and Brazilian tests carried at $"A$sp$"o$ Hard Rock Laboratory, Sweden. The numerical simulation results show good agreement with the complete stress-strain curves for Class II obtained from the laboratory experiments. These results suggest that the DEM can reproduce the Class II behavior of the rock successfully. The mechanism of the Class II behavior was also discussed in detail from the microscopic point of view. The loading condition and microscopic structure of rocks will play an important role for the Class II behavior.

論文

Impacts of thermo-hydro-mechanical experiments on the microbial activity in compacted bentonite at the Kamaishi Mine, northeast Japan

青木 和弘; 杉田 裕; 千々松 正和*; 田崎 和江*

Applied Clay Science, 47(1-2), p.147 - 154, 2010/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:90.33(Chemistry, Physical)

岩手県の釜石鉱山においてベントナイト及び周辺岩盤(花崗閃緑岩)における微生物活動を調査した。母岩に関して、花崗閃緑岩の深部地下水の細菌及び可視微生物の全菌数が算出できた。また、硫酸還元菌,脱窒菌の存在も確認された。緩衝材の原位置での性能を試験する人工バリア試験という熱-水-応力連成試験を実施した。加熱フェーズ後と冷却フェーズ後にベントナイトのサンプルを取得し、天然の微生物が模擬処分環境で存在するか微生物分析を行った。試験の結果、従属栄養生物が存在するものの、含水比の小さいヒーターの周辺のベントナイト中では存在しないことが確認された。これは、処分後の廃棄体の温度が高い期間の廃棄体周辺では微生物の活動が極端に制限されることを示している。このような知見は、高レベル放射性廃棄物地層処分における微生物の影響の評価に有用である。

論文

Assessing the long-term behavior of a radioactive waste disposal tunnel with a damage model incorporating chemical degradation effects

小林 晃*; 千々松 正和*; 藤田 朝雄; 山本 清仁*

Proceedings of 3rd International Conference on Coupled T-H-M-C Processes in Geo-systems; Fundamentals, Modeling, Experiments and Applications (GeoProc 2008), p.621 - 628, 2008/06

地層処分場のニアフィールドの力学的な変遷を評価するために、岩石の化学的劣化による力学的挙動の変化を予測するためのダメージモデルについて検討した。解析結果から、化学的な劣化により強度が減少し、破壊過程も表面の亀裂による卓越可能性があることがわかった。

論文

Hydraulic modelling of unsaturated zones around three openings at the argillaceous Tournemire site (France)

上原 真一*; 小林 晃*; 千々松 正和*; 大西 有三*; 藤田 朝雄; Rejeb, A.*

Proceedings of 3rd International Conference on Coupled T-H-M-C Processes in Geo-systems; Fundamentals, Modeling, Experiments and Applications (GeoProc 2008), p.419 - 425, 2008/06

This paper reports the results of hydraulic modelling under unsaturated condition at the domain around openings in argillaceous rock formation at the Tournemire site, France, in order to determine permeability value suitable to explain measured distribution of saturation ratio. We performed modelling with finite element method with consideration of seasonal changes of humidity in the openings. Results of modelling could simulate reasonably well the characteristics of the measured distribution. Modelling results with permeability 10$$^{-19}$$ m$$^{2}$$ to 10$$^{-20}$$ m$$^{2}$$ show good agreement with the measurement results. This study is a part of works for Task C of the DECOVALEX-THMC project.

論文

Influence of excavation of disposal tunnel on the near-field coupled thermal, hydraulic and mechanical phenomena

千々松 正和*; 塚田 泰博*; 小林 晃*; 藤田 朝雄

Proceedings of 3rd International Conference on Coupled T-H-M-C Processes in Geo-systems; Fundamentals, Modeling, Experiments and Applications (GeoProc 2008), p.381 - 390, 2008/06

In the international DECOVALEX-THMC project, the influence of coupled thermal, hydraulic and mechanical (THM) phenomena on the safety of the near-field of a typical hypothetical geological repository is studied. The hypothetical geological repository would be located in the Canadian Shield, with horizontal drift geometry, and the copper container for the Candu fuel emplaced in the drift would be surrounded by MX-80 bentonite. Properties of bentonite are calibrated against results from laboratory experiments by SKB and the CEA mock-up test. Furthermore, damage model of rock mass is used for the express the effect of excavation. By using calibrated bentonite model and damage model, influence of excavation tunnel is studied. As results, it is known that effect of property change of rock mass due to excavation is very low compared with property of bentonite itself.

論文

Development of stress conditions around a tunnel excavated in argillaceous rock related to change of saturation conditions

上原 真一*; 小林 晃*; 千々松 正和*; 大西 有三*; 藤田 朝雄

Proceedings of 2nd International Conference on Coupled T-H-M-C Processes in Geo-systems; Fundamentals, Modeling, Experiments and Applications (GeoProc 2006), p.738 - 743, 2006/05

本論では、フランスTournemireにおける泥岩トンネルにおける水理-応力連成問題に関する数値解析結果について論ずるものである。その結果、過去の応力状況を表現することができ、これにより、坑道の飽和-不飽和サイクルが岩盤強度を低下させEDZを引き起こしたことが考察された。

論文

Model calibration of small and large-scale laboratory THM experiments of the MX-80 bentonite

千々松 正和*; B$"o$rgesson, L.*; 藤田 朝雄; Hernelind, J.*; Jussila, P.*; Nguyen, T. S.*; Rutqvist, J.*; Jing, L.*

Proceedings of 2nd International Conference on Coupled T-H-M-C Processes in Geo-systems; Fundamentals, Modeling, Experiments and Applications (GeoProc 2006), p.254 - 260, 2006/05

DECOVALEX-THMCのTaskAでは、5チームが高レベル放射性廃棄物地層処分のニアフィールドにおけるTHM連成問題についての検討を行っている。各チームは膨潤圧試験,浸潤試験,温度勾配試験及びCEM実規模試験での試験結果に対するモデルのキャリブレーションを行った。本研究は、各チームのモデル及びキャリブレーション結果と試験結果との比較について論ずる。

論文

Influence of coupled THM phenomena on the safety of a spent fuel repository; A Near-field study

Nguyen, T. S.*; B$"o$rgesson, L.*; 千々松 正和*; 藤田 朝雄; Hernelind, J.*; Jussila, P.*; Rutqvist, J.*; Jing, L.*

Proceedings of 2nd International Conference on Coupled T-H-M-C Processes in Geo-systems; Fundamentals, Modeling, Experiments and Applications (GeoProc 2006), p.141 - 149, 2006/05

処分場で発生する不確実性に対する解決方策の1つとして、熱-水-応力-化学連成現象の解明が挙げられる。本論では、このような処分場に起こる不確実性評価に資することを目的に設定されたDECOVALEX-THMCのTask Aについて、特に、設定された問題、その背景及び試解析結果を示すものである。

論文

Changes in intact rock damage parameters due to chemical effects and their influence on failure phenomena

小林 晃*; 山本 清仁*; 青山 咸康*; 千々松 正和*; 藤田 朝雄

Proceedings of 2nd International Conference on Coupled T-H-M-C Processes in Geo-systems; Fundamentals, Modeling, Experiments and Applications (GeoProc 2006), p.281 - 286, 2006/05

岩石の化学的劣化による力学的挙動の変化を予測するためのモデルについて検討した。SKBが行った塩水に浸水した岩石サンプルの一軸圧縮試験結果をもとに、体積膨張を考慮した損傷モデルの損傷パラメータを同定し、純水に浸水した岩石とのパラメータの違いから、化学的作用による力学的影響について推定した。また、より詳細な影響を検討するために有限要素法による解析を行った。その結果、化学的な劣化により強度が減少し、破壊過程も供試体表面からの損傷(亀裂)発生が要因となる可能性があることがわかった。

論文

Development on computer system of the coupled thermo-hydro-mechanical and chemical process in the near-field of the high-level radioactive waste repository

藤田 朝雄; 藤崎 淳; 鈴木 英明*; 川上 進; 油井 三和; 千々松 正和*; 根山 敦*; 石原 義尚*; 菱谷 智幸*

Proceedings of 2nd International Conference on Coupled T-H-M-C Processes in Geo-systems; Fundamentals, Modeling, Experiments and Applications (GeoProc 2006), p.416 - 421, 2006/00

ニアフィールドの長期挙動を予測評価するために、熱-水-応力-化学連成現象にかかわる数値実験を行ってきている。本論では、これまでに開発してきた熱-水-応力-化学連成モデルに新たに脱ガス,ガス拡散,濃縮・希釈現象,イオン交換,表面反応,速度論を考慮したモデルについて論ずるとともに、事例解析結果について示す。

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