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論文

Constant-head step injection tests to quantify the stress dependence of fracture transmissivity in an excavation damaged zone; A Case study from the Horonobe Underground Research Laboratory

石井 英一

International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 159, p.105229_1 - 105229_17, 2022/11

高レベル放射性廃棄物の処分場では、坑道/処分孔沿いの掘削損傷領域(EDZ)の亀裂の透水量係数が処分場閉鎖後、亀裂表面の粘土膨潤による自己シーリングや埋め戻し材/緩衝材の膨潤による有効垂直応力の増加によって低下し得る。亀裂の透水量係数の応力依存性に関する水理力学連成モデルは閉鎖後の亀裂の透水量係数の変化を見積もるのに役立つが、そのモデルの適用性をそのサイトにおける原位置試験により確認する必要がある。定圧段階注水試験はその確認試験方法として有効であると期待できるが、EDZに対する適用性はまだよく分かっていない。この適用性を調べるために、本研究は膨潤性に乏しい泥岩中に建設された幌延の地下研究施設の単一の引張性EDZ亀裂を対象に注水試験を行った。さらに、同亀裂の透水量係数の応力依存性を定量化するために、バートンバンディスの亀裂閉塞モデルが採用された。注水中、亀裂の水理開口幅は徐々に増加し、その変化はモデルのフィッティングによりよく再現できた。同モデルは垂直応力が必要だが、これもフィッティングにより適切に推定できた。したがって、定圧段階注水試験と同モデルの組み合わせは、少なくとも、自己シーリングに乏しく、引張性のEDZ亀裂に対しては、EDZ亀裂の透水量係数の応力依存性を定量/検証するのに有効と考えられる。

論文

Variation in fault hydraulic connectivity with depth in mudstone; An Analysis of poroelastic hydraulic response to excavation in the Horonobe URL

尾崎 裕介; 石井 英一; 菅原 健太郎*

Geomechanics for Energy and the Environment, 31, p.100311_1 - 100311_13, 2022/09

 被引用回数:0

本研究では、稚内層内部における水理力学的な亀裂の連結性を評価するために、幌延深地層研究センターにおける坑道掘削時の水圧応答データの解析を行った。解析対象とした観測データは、水理力学連成挙動であるMandel-Cryer効果の影響を顕著に受けており、この影響を考慮した水圧応答データの解析を行うために水理力学連成挙動を考慮した数値シミュレーションを実施した。シミュレーション結果に基づいて有効透水係数を推定したところ、有効透水係数は深度400mから深度500mにかけて徐々に低下し、深度500m以深では健岩部相当の低透水性を有することが示された。また、解析解に基づいて観測データを分類したところ、稚内層内部において水理学的特性が異なる領域が存在することが示された。これらの結果より、水理学的亀裂の連結性は稚内層において、深度が深くなるにつれて急激に変化するのではなく数十メートルの幅で徐々に変化していることが示された。

報告書

幌延深地層研究計画における深層ボーリング孔および浅層ボーリング孔を利用した長期水圧・水位観測

本多 典久; 出井 俊太郎; 石井 英一

JAEA-Data/Code 2022-002, 37 Pages, 2022/06

JAEA-Data-Code-2022-002.pdf:2.85MB
JAEA-Data-Code-2022-002-appendix(CD-ROM).zip:5.68MB

幌延深地層研究計画においては、地下施設周辺のボーリング孔に設置した水圧モニタリング装置を用いて地下施設建設が水圧に及ぼす影響を観測している。本報では、水圧観測開始から2021年3月までにHDB-1$$sim$$11孔及び換気立坑先行ボーリング(PB-V01孔)において取得された地下水間隙水圧観測結果と浅層ボーリング7地点の地下水位観測結果を取りまとめた。

論文

Assessment of the level of activity of advective transport through fractures and faults in marine deposits by comparison between stable isotope compositions of fracture and pore waters

望月 陽人; 石井 英一

Hydrogeology Journal, 30(3), p.813 - 827, 2022/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Geosciences, Multidisciplinary)

断層や割れ目を通じた移流の程度を評価することは、放射性廃棄物の地層処分を進めるうえで必要不可欠である。本研究では、幌延地域に掘削された4本のボーリング孔から取得された亀裂中の水と間隙水とで安定同位体比($$delta$$D、$$delta$$$$^{18}$$O)を比較することにより、亀裂を通じた天水の移流が生じているか否かを評価した。2本のボーリング孔の浅い領域では、間隙水に比べて亀裂水のほうがより天水に近い同位体比を示した。一方、これらのボーリング孔のより深い領域と、残り2本のボーリング孔のすべての試料採取深度では、亀裂水と間隙水の同位体比は類似していた。これらの結果から、天水の移流は、天水による化石海水の希釈が進んでいる浅い領域でのみ生じていることが示唆される。この解釈は、同位体比の値やトリチウムの分布とも整合的であり、現在の天水の混入は移流が生じている浅い領域のみに限定される。浅い領域と深い領域とで移流の程度が異なるのは、海水準の変化に伴う氷期と間氷期での動水勾配の違いによるものと考えられる。割れ目の水理学的な連結性が高くても、海水準が大規模に低下し動水勾配が上昇するようなことがない限りは、割れ目を通じた移流は生じないままであることが示唆される。

論文

Resin-injection testing and measurement of the shear displacement and aperture of excavation-damaged-zone fractures; A Case study of mudstone at the Horonobe Underground Research Laboratory, Japan

青柳 和平; 石井 英一; Chen, Y.*; 石田 毅*

Rock Mechanics and Rock Engineering, 55(4), p.1855 - 1869, 2022/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Engineering, Geological)

高レベル放射性廃棄物の安全評価では廃棄体から地下水に漏洩した放射性核種の長期的な移動を評価するために、処分場の坑道掘削により坑道周辺に形成される掘削損傷領域割れ目の長期定な透水性を推定する必要がある。本研究は幌延深地層研究センターの地下坑道において、掘削損傷領域割れ目のせん断誘発膨張が同割れ目の開口幅に与える影響を定量的に調べるために、同割れ目を予め樹脂注入より固化した状態で掘削・採取し、観察した。これまで、掘削損傷領域割れ目のせん断変位を詳細に計測した事例はなかったが、せん断誘発膨張が割れ目開口に与える影響を理解することは、坑道埋め戻し後の割れ目の長期的な透水性を評価する上で重要である。樹脂により固化された割れ目の拡大写真を用いて、割れ目のラフネス、せん断変位、および開口幅を詳細に計測した結果、せん断変位量と開口幅に相関性は認められず、割れ目形成後のせん断膨張は有意に生じていないことが示された。この結果は既存の経験則を用いたシミュレーションでも再現でき、深度350mのやや高い垂直応力がせん断誘発膨張を抑制していることが考えられた。垂直応力が大きく低下しない限りは、仮に割れ目がせん断しても、割れ目の開口幅が有意に増加する可能性は低いと考えられる。坑道埋め戻し後の掘削損傷領域割れ目のせん断膨張の可能性を検討する上で、原位置における樹脂注入試験と詳細な割れ目観察は有効な手法であることを示した。

論文

北海道幌延町に分布する鮮新統から中新統の珪質岩に含まれる有機物の堆積過程の検討

村岡 亜美*; 千代延 俊*; 荒戸 裕之*; Martizzi, P.*; 石井 英一

石油技術協会誌(CD-ROM), 87(1), p.86 - 88, 2022/00

原子力機構幌延深地層研究センターで掘削されたHDB-11坑井で認められた稚内層珪質泥岩と声問層珪藻質泥岩は、生物擾乱が顕著な塊状泥岩を主体としノジュールを挟在する。これら層準の石油根源岩能力を検討した結果、全体を通じてTOCは平均1.21%、最大値1.70%で良好な根源岩であることを示した。また、タイプIIのケロジェンを代表する海洋の一次生産者である藻類プランクトンによる有機物の供給が全層準を通じて認められるとともに、陸域からのタイプIIIケロジェンと砕屑物の供給により有機物が保存された可能性を指摘した。

論文

The Highest potential transmissivities of fractures in fault zones; Reference values based on laboratory and in situ hydro-mechanical experimental data

石井 英一

Engineering Geology, 294, p.106369_1 - 106369_12, 2021/12

 被引用回数:4 パーセンタイル:62.9(Engineering, Geological)

既存の水理力学連成モデルに基づくと、割れ目の透水量係数(T)は、割れ目のラフネス($$JRC$$$$_{rm 0}$$),初期開口幅($$E$$$$_{rm 0}$$),有効垂直応力、そして岩石の引張強度と関連付けることができ、$$E$$$$_{rm 0}$$はせん断膨張により増加し得る。先行研究により、国内外の6つのサイトのボーリング調査によりフローアノマリとして検出された断層帯中の割れ目のTが平均有効応力を岩石の引張強度で除した値(DI)と一様に相関することが示された。このTのDI依存性が同連成モデルに基づく割れ目の開閉現象で説明できれば、これらのTはあるDI条件下でせん断膨張により上昇し得るTの最大値を表すことになる。本研究はこの可能性を検証するため、上記の割れ目のTと岩石の引張強度、および想定される$$JRC$$$$_{rm 0}$$と有効垂直応力から割れ目の$$E$$$$_{rm 0}$$を推定した。そしてこの$$E$$$$_{rm 0}$$を基に、割れ目の有効垂直応力のみを変化させた場合のTの変化をシミュレートした。その結果、そのTの変化は上記のDI依存性をよく再現した。今回得られた結果は、断層帯の再活動や隆起を想定した場合、どの程度、断層の透水性が上昇し得るかを推定するのに役立つ。

報告書

幌延深地層研究計画における広域スケールを対象とした地質構造モデルの更新

酒井 利啓; 石井 英一

JAEA-Data/Code 2021-009, 13 Pages, 2021/08

JAEA-Data-Code-2021-009.pdf:1.9MB
JAEA-Data-Code-2021-009-appendix(CD-ROM).zip:42.79MB

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構では、高レベル放射性廃棄物の地層処分のための技術基盤の整備と、深部地質環境に関する科学的知見を得ることを目的として、堆積岩を対象とした幌延深地層研究計画を北海道幌延町において進めている。本計画において2018年度までに構築された広域スケールの三次元地質構造モデルとその数値データは、2019年にJAEA-Data/Code 2019-007として取りまとめられた。本報告書では、その後に得られた地下施設周辺の稚内層浅部に関する知見を加え、幌延深地層研究センターを含む約6km四方の領域に対して地質構造モデルを更新した。

論文

Does fault activation affect the hydraulic disconnectivity of faults in mudstone?

大野 宏和; 武田 匡樹; 石井 英一

Extended abstract of International Conference on Coupled Processes in Fractured Geological Media; Observation, Modeling, and Application (CouFrac 2020) (Internet), 4 Pages, 2020/11

Low-permeability mudstone is a candidate host rock for radioactive waste disposal, but thermal-hydro-mechanically induced shear stresses and thermal pressurization due to the release of heat from radioactive waste may cause activation of faults in the host rock. Previous studies revealed that hydraulic connectivity of fractures in the deeper part of the Wakkanai Formation (siliceous mudstone) is limited and hence its effective permeability is very low. We performed an injection test on a fault in the deeper part to induce fault activation, and investigated the effect of fault activation on the hydraulic disconnectivity of the fault by analyzing pressure derivatives obtained by repetitive packer tests before and after the injection. The injection test successfully induced a remarkable dilational-shear failure within the fault, and the log-log plots of pressure derivatives changed after the failure from an upward-trend-type indicating a limited extent of flow-paths to a horizontal-trend-type suggesting well-connected flow-paths. The test-section pressure had already recovered when the horizontal-trend-type was observed. After the borehole had been open for 6 weeks, the pressure derivatives were restored to the upward-trend-type. We consider that self-sealing such as fracture closure by creep recovered the hydraulic disconnectivity of the fault after the failure.

論文

Poroelastic hydraulic-response of fractured mudstone to excavation in the Horonobe URL; As an indicator of fracture hydraulic-disconnectivity

尾崎 裕介; 石井 英一; 菅原 健太郎*

Extended abstract of International Conference on Coupled Processes in Fractured Geological Media; Observation, Modeling, and Application (CouFrac 2020) (Internet), 4 Pages, 2020/11

本研究では、幌延深地層研究センター周辺の地下深部に存在が推定されている低透水性領域の存在の検証を目的として、坑道掘削に伴うHDB-6号孔の水圧変動の再現解析を行った。地下深部では亀裂の水理的連結性が乏しいために健岩部相当の透水性が推定されている一方で、浅部においては水理学的亀裂の連結性が高いため透水性が健岩部よりも高い水理地質構造が推定されている。水理-力学連成挙動を考慮したシミュレーションを実施したところ、観測されている水圧データには水理-力学連成挙動の影響であるMandel-Cryer効果の影響を受けていること、この効果が数年単位で継続するためには深部の透水性が健岩部相当に低いことが必要であることが確認された。これらの結果より、数値シミュレーションにより、既往研究により存在が予測されていた地下深部における健岩部相当の低透水領域の存在が検証された。

論文

A Conventional straddle-sliding-packer system as a borehole extensometer; Monitoring shear displacement of a fault during an injection test

石井 英一

Engineering Geology, 275, p.105748_1 - 105748_12, 2020/09

AA2019-0169.pdf:3.99MB

 被引用回数:5 パーセンタイル:45.07(Engineering, Geological)

従来のダブルパッカーシステムを用いて定圧段階注入試験を珪質泥岩中の正断層を対象に実施した。同試験は、注入中の孔内試験区間の軸変位をスライド式パッカー内の圧力と試験区間の圧力を計測することによりモニタリングする新たな方法を適用した。計測された圧力と軸変位、および注入流量レートから試験中の断層の水理開口幅, せん断変位, 垂直コンプライアンス, 垂直応力, せん断靭性および水理学的膨張角が見積もられた。注入により最大で13.3$$sim$$49.5mm(推定誤差含む)の大きなせん断変位(正断層センス)を発生させることができ、特徴的なせん断すべりのイベントがあった後、2.8$$sim$$10.4mmの残留せん断変位が残された。せん断中のせん断靭性は2.3$$times$$10$$^{-7}$$ $$sim$$ 8.4$$times$$10$$^{-7}$$ Pa m$$^{-1}$$(推定誤差を考慮)と見積もられ、この値は既往研究から経験的に推定される値と整合的である。残留せん断変位は何らかの水理開口幅の増加を残さなかったので、水理学的膨張角は実質的にゼロであったと推定された。本試験方法は特別な専用装置を必要とせず、地下の亀裂や帯水層の水理力学挙動の調査に有効と考えられる。

報告書

珪質泥岩(稚内層)を対象とした多孔質弾性パラメータ取得試験

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。

報告書

幌延深地層研究計画における地下施設での調査研究段階; (第3段階: 必須の課題2015-2019年度)研究成果報告書

中山 雅; 雑賀 敦; 木村 駿; 望月 陽人; 青柳 和平; 大野 宏和; 宮川 和也; 武田 匡樹; 早野 明; 松岡 稔幸; et al.

JAEA-Research 2019-013, 276 Pages, 2020/03

JAEA-Research-2019-013.pdf:18.72MB

幌延深地層研究計画は、日本原子力研究開発機構(原子力機構)が堆積岩を対象に北海道幌延町で実施している地層処分技術に関する研究開発の計画である。幌延深地層研究計画は、「地上からの調査研究段階(第1段階)」、「坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階)」、「地下施設での調査研究段階(第3段階)」の3つの調査研究段階に分けて進めている。原子力機構の第3期中長期計画では、本計画について、「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認、処分概念オプションの実証、地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証に重点的に取り組む。また、平成31年度末までに研究終了までの工程やその後の埋戻しについて決定する。」としている。本稿では、第3期中長期計画期間のうち、平成27年度から令和1年度までの地下施設での調査研究段階(第3段階)における調査研究のうち、原子力機構改革の中で必須の課題として抽出した(1)実際の地質環境における人工バリアの適用性確認、(2)処分概念オプションの実証、(3)地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証、の3つの研究開発課題について実施した調査研究の成果を取りまとめた。

報告書

幌延深地層研究センターにおける掘削損傷領域の可視化手法の検討,2 (共同研究)

青柳 和平; Chen, Y.*; 石井 英一; 櫻井 彰孝; 宮良 信勝; 石田 毅*

JAEA-Research 2019-011, 50 Pages, 2020/03

JAEA-Research-2019-011.pdf:3.48MB

本研究では、坑道掘削により周辺岩盤に形成された掘削損傷領域の割れ目の可視化を行うことを目的とした。幌延深地層研究センターの地下350mに掘削した直径4mの試験坑道を対象として、紫外線照射により発光する蛍光剤を添加した樹脂を坑道周辺の岩盤に注入し、掘削損傷領域の割れ目を固定した。これにより、割れ目を可視化して観察することに成功した。注入孔周辺で試料を採取し、紫外線照射下で観察を行い、割れ目の連結性や開口幅を分析した。結果として、割れ目の最大発達範囲は、孔口から約0.9m、すなわち坑道壁面岩盤から約0.75mの範囲であった。また、孔口から0.4mまでの範囲では割れ目密度が高く、0.4m以深では割れ目の間隔が広くなることがわかった。さらに、割れ目の開口幅を測定した結果、孔口から近いほど割れ目の開口幅も大きいことがわかった。特に、孔口から0.3mまでの範囲では、樹脂が浸透した割れ目が多く観察され、開口幅が最大で1.02mmであった。一方、孔口から0.3m以深は、樹脂が浸透した割れ目が少なく、開口幅は最大で0.19mmであった。

報告書

幌延深地層研究計画における350m試験坑道掘削影響領域を対象とした透水試験,2

佐俣 洋一; 石井 英一

JAEA-Data/Code 2019-020, 69 Pages, 2020/03

JAEA-Data-Code-2019-020.pdf:4.0MB
JAEA-Data-Code-2019-020-appendix1(DVD-ROM).zip:86.89MB
JAEA-Data-Code-2019-020-appendix2(DVD-ROM).zip:232.04MB
JAEA-Data-Code-2019-020-appendix3(DVD-ROM).zip:369.23MB

幌延深地層研究計画においては、坑道掘削が坑道周辺の水理特性に与える影響を把握することを目的として、掘削影響領域を対象とした透水試験を実施している。本報では、2016年4月から2019年3月までに実施した透水試験結果および透水試験実施期間以外の間隙水圧観測結果についてまとめた。

論文

Mudstone redox conditions at the Horonobe Underground Research Laboratory, Hokkaido, Japan; Effects of drift excavation

望月 陽人; 石井 英一; 宮川 和也; 笹本 広

Engineering Geology, 267, p.105496_1 - 105496_11, 2020/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:13.51(Engineering, Geological)

高レベル放射性廃棄物の地層処分場の建設・操業時には、坑道内の大気が掘削損傷領域(EDZ)に侵入し、坑道周辺の岩盤や地下水が酸化状態に変化することが想定される。坑道掘削が岩盤や地下水の酸化還元状態に与える影響を評価するために、幌延深地層研究センターの調査坑道周辺において酸化還元状態に関する調査を実施した。調査坑道周辺に掘削されたボーリング孔において、地下水のEhは-150mVより低く、酸化の指標となるSO$$_{4}$$$$^{2-}$$濃度はおおむね1$$mu$$mol L$$^{-1}$$未満であった。ボーリング孔に設けられた区間の50%以上をガスが占め、その組成は主にCH$$_{4}$$とCO$$_{2}$$からなり、N$$_{2}$$とO$$_{2}$$の割合はわずかであった。坑道から採取されたコア試料を分析した結果、黄鉄鉱の酸化溶解や硫酸カルシウムの沈殿は認められなかった。以上の結果から、今回調査したEDZにおいては酸化の顕著な兆候は認められず、その理由として、地下水圧の低下に伴い脱ガスしたCH$$_{4}$$やCO$$_{2}$$が岩盤中の割れ目を占め、大気の侵入が抑制された可能性が示唆された。

論文

Visualization of fractures induced around the gallery wall in Horonobe Underground Research Laboratory

青柳 和平; Chen, Y.*; 石井 英一; 櫻井 彰孝; 石田 毅*

Proceedings of 5th ISRM Young Scholars' Symposium on Rock Mechanics and International Symposium on Rock Engineering for Innovative Future (YSRM 2019 and REIF 2019) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2019/12

本研究では、幌延深地層研究センターの350m調査坑道を対象として、坑道掘削時の割れ目の性状を検討することを目的とした。検討に際し、坑道周辺に約1mのボーリング孔を掘削し、低粘性な樹脂を注入し、割れ目を固定した。その後、オーバーコアリング試料を採取し、試料の観察を行った。結果として、坑道掘削により形成されたと推定される割れ目は、壁面から0.8mの範囲まで発達していた。また、割れ目は壁面から0.25mの範囲において連結しあっており、開口幅は最大で約1.0mmであることがわかった。これらの観察結果は、坑道周辺の掘削影響領域の割れ目形成プロセスの理解のための基礎情報として有用であるといえる。

報告書

幌延深地層研究計画におけるPB-V01孔を利用した原位置透水試験

佐俣 洋一; 岩田 樹哉*; 石井 英一

JAEA-Data/Code 2019-008, 19 Pages, 2019/09

JAEA-Data-Code-2019-008.pdf:2.82MB
JAEA-Data-Code-2019-008-appendix(CD-ROM).zip:1.38MB

幌延深地層研究計画においては、地下施設周辺のボーリング孔に設置した水圧モニタリング装置を用いて地下施設建設が水圧に及ぼす影響を観測している。PB-V01孔では、2008年10月から水圧観測を開始したが、現在では当時と比較して水圧が最大3MPa程度低下している。本報では、この水圧低下が岩盤の透水性に与える影響を評価するために、同孔内に設置された長期水圧モニタリング装置を用いた原位置透水試験を実施した結果を取りまとめた。

論文

Protolith identification of bedding-parallel, smectite-bearing shear zones in argillaceous and siliceous marine sediments; Discriminating between tephra-derived shear zones and host-rock-derived fault gouges

石井 英一

Engineering Geology, 259, p.105203_1 - 105203_9, 2019/09

AA2018-0459.pdf:0.97MB

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Engineering, Geological)

スメクタイトを含むせん断帯はスメクタイトの独特な物理化学特性により地球科学, 地球工学の様々な分野で重要となっている。同せん断帯は海成粘土質/珪質堆積物中に広く挟在するが、その起源としてテフラ起源と母岩起源のものが考えられ、両者は潜在的にスメクタイト含有量, 拡がり, 形成時期の点で異なる。しかし、その起源を観察により特定することは困難である。本論はその特定手法として、粘土鉱物中のイライトに対するスメクタイト含有量と全岩化学組成のAl$$_{2}$$O$$_{3}$$/TiO$$_{2}$$(wt%/wt%)を用いた手法を提案する。高いスメクタイト含有量はテフラ起源の証拠となり得るが、この値はせん断変形に伴う鉱物学的擾乱/変質により低下することがあり、識別が困難になる。先行研究に基づくと、母岩と異なるAl$$_{2}$$O$$_{3}$$/TiO$$_{2}$$もテフラ起源の証拠となり、その測定誤差もスメクタイトの含有量の誤差と比べれば非常に小さいが、例えそのせん断帯がテフラ起源であっても母岩と同じAl$$_{2}$$O$$_{3}$$/TiO$$_{2}$$を示すことがある。これらの指標を褶曲した北海道の珪質泥岩に適用した結果、両指標を組み合わせることにより、せん断帯の起源をより簡便に、より高精度で特定できることが確認できた。

論文

Optimum temperature for HIP bonding invar alloy and stainless steel

涌井 隆; 石井 秀亮*; 直江 崇; 粉川 広行; 羽賀 勝洋; 若井 栄一; 高田 弘; 二川 正敏

Materials Transactions, 60(6), p.1026 - 1033, 2019/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:9.12(Materials Science, Multidisciplinary)

J-PARCの核破砕中性子源で使用する水銀ターゲット容器は、1.3$$times$$1.3$$times$$2.5m$$^{3}$$と大きいため、使用済み容器の廃棄量を低減する観点で、損傷量の大きい前半部を分割できる構造を検討している。分割部のフランジには、高いシール性能(1$$times$$10$$^{-6}$$Pa・m$$^{3}$$/s以下)が必要である。このフランジの材料として、ビーム運転時の熱変形を低減するために低熱膨張材であるインバー合金は有望であるが、弾性係数が低いためボルト締結時の変形が大きくなる。実用上はステンレス鋼で補強するが、HIP接合により広い面積を全面にわたって確実に接合する条件を見出すことが課題であった。そこで、接合温度が異なる試験片(973, 1173, 1373及び1473K)について、引張試験及び数値解析による残留応力評価を行った。973Kで接合した試験片は、拡散層厚さが殆どなく接合界面で破断した。引張強度は、接合温度の上昇とともに減少し、1473Kの場合、約10%低下した。接合面近傍の残留応力は最大50%増加した。これらの結果から、1173Kが最適な接合温度であることを結論付けた。

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