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山本 信幸; 岩野 圭太*; 並川 正*; 森川 誠司*; 瀬尾 昭治*; 田部井 和人*; 戸井田 克*; 横田 秀晴
JAEA-Research 2013-003, 252 Pages, 2013/06
JAEA-Research-2013-003.pdf:77.85MB
多数の割れ目を有する岩盤中に坑道を掘削する場合、坑道周辺では割れ目の挙動に起因する力学特性や水理特性の変化が生ずると考えられる。このため、掘削影響領域の評価には割れ目発生等に起因する力学・水理挙動を原位置計測で把握するとともに、割れ目の挙動を考慮できる連成解析による評価が必要となってくる。本研究では、MBCモデル(Micromechanics-Based Continuum model)を用いた水平坑道掘削に伴う3次元力学-水理連成解析の事前・事後解析を実施した。事前解析では、140m調査坑道掘削初期段階において、地上及び地下の調査データを用いた解析を実施した。その結果、MBCモデルによる割れ目の開口と透水係数とがシンクロし、当解析が坑道周辺岩盤の掘削挙動予測に適用可能であることを確認した。事後解析では、140m調査坑道掘削が完了した段階で、事前解析の時点から新たに得られた調査データをもとに初期応力,岩盤力学物性,岩盤水理物性を見直すとともに、割れ目物性に関するデータを追加して解析を実施した。その結果、解析結果は原位置計測結果と力学的にも水理的にも整合がとれ、実現象に近い坑道周辺岩盤の掘削挙動予測が可能であることを確認した。
戸井田 克*; 須山 泰宏*; 森 孝之*; 稲葉 武史*; 笹倉 剛*; 渥美 博行*; 升元 一彦*; 小林 一三*; 岩野 圭太*; 古市 光昭*; et al.
JAEA-Research 2007-065, 210 Pages, 2007/09
JAEA-Research-2007-065-1.pdf:28.82MBJAEA-Research-2007-065-2.pdf:42.37MBJAEA-Research-2007-065-3.pdf:24.46MBJAEA-Research-2007-065-4.pdf:48.78MB
東濃地科学センターにおける地層科学研究では、地質環境特性を明らかにするために必要な調査・解析技術並びにその妥当性を評価する手法の開発を進めている。この研究では、岩盤の不均一性推定に伴う不確実性を定量的に把握するための手法を明らかにし、その不確実性を低減するための合理的な地質環境調査手法の確立を一つの大きな目標としている。本研究においては、これまでにファジー地球統計を基本とした不確実性解析手法を用い、調査の各段階で想定し得る(あるいは否定できない)モデルやパラメータの全体集合を考えることにより不確実性を定量化でき、調査結果に基づき蓋然性が低いと考えられる選択肢を絞り込むことによってその不確実性を低減できるという新たなアプローチを考案している。平成16年度は、平成17年度に行う研究成果の取りまとめに向け、これまで東濃地域で行われた調査結果に基づき、本手法の実用化に向けた評価・検討を行った。本研究成果を取りまとめると以下のようになる。(1)東濃地域の事例を対象とした統合化データフローを活用し、本手法を適用するための知識・情報を整理した。(2)これまでの課題であったパラメータの設定方法とスクリーニング方法を整備した。(3)適用事例を用いて評価・検討を行い、本手法の実用化の目処を得た。(4)本手法(確率的手法)とこれまでに適用されてきた決定論的手法との統合方法を整備した。
佐藤 稔紀; 見掛 信一郎; 中間 茂雄; 瀬野 康弘; 森 孝之*; 岩野 圭太*; 郷家 光男*; 多田 浩幸*
Proceedings of 7th International Conference on Analysis of Discontinuous Deformations (ICADD-7) (CD-ROM), p.245 - 256, 2005/12
日本の二つの深地層の研究施設のうち,瑞浪超深地層研究所の建設や研究の現状を紹介するとともに、MBCモデルやクラックテンソルモデルなどの連続体モデルと、クラックプロパゲーションコードを用いた不連続体モデルによる坑道掘削解析の結果を紹介する。
森 孝之*; 森川 誠司*; 田部井 和人*; 岩野 圭太*; 中嶌 誠門*
JNC TJ7400 2005-080, 216 Pages, 2005/03
JNC-TJ7400-2005-080.pdf:35.16MB
超深地層研究所計画(以下、MIU計画)の第1段階における岩盤力学研究では、岩芯やボーリング孔を利用した試験などにより、岩盤の力学特性や初期応力状態を評価して、岩盤力学モデルを構築するとともに、その岩盤力学モデルをもとに坑道掘削に伴う坑道周辺岩盤の挙動を推定し、その結果を坑道の力学的安定性の評価や詳細設計、さらに次段階以降の調査・研究計画の策定に反映することとしている。現在のMIU計画の進捗状況は、第1段階における調査・研究の最終段階となり、来年度からは、研究坑道の掘削施工を通じて調査研究を進める第2段階へと本格的に移行する状況である。そこで、本業務では、第1段階における最新・最終の調査結果を用いてまず、解析モデルの構築を図り、それをもとにMBCモデルによる研究坑道の掘削影響予測解析を実施し、坑道の力学安定性の評価や次段階以降の調査・研究計画の策定のための基礎資料を得る。これらの検討により、得られた知見は以下の通りである。(1)研究所用地内に削孔したMIZ-1号孔の岩芯を用いて、圧裂引張試験で発生した亀裂面に対し、一面せん断試験を行い、掘削に伴い新しく発生する新鮮な亀裂面を想定した力学特性が得られた。(2)MIZ-1号孔の調査データを詳細に検討した結果、岩盤力学特性や亀裂特性を深度別の傾向で分類し、岩盤力学モデルを構築した。(3)MBCモデルによる坑道掘削影響予測解析を行い、立坑・水平坑道では、岩盤等級や掘削損傷領域の有無、水平坑道の展開方向の違い等による周辺岩盤の挙動を検討した結果、岩盤が堅硬であるため、比較的亀裂の開口量が小さいが、水平坑道では、高傾斜亀裂の存在により側壁部の掘削影響が顕著であることが分かった。
戸井田 克*; 須山 泰宏*; 稲葉 武史*; 笹倉 剛*; 渥美 博行*; 田中 俊行*; 小林 一三*; 岩野 圭太*; 古市 光昭*
JNC TJ7400 2004-017, 521 Pages, 2004/02
JNC-TJ7400-2004-017.pdf:96.64MB
東濃地科学センター殿における地層科学研究では、地質環境特性を明らかにするために必要な調査・解析技術並びにその妥当性を評価する手法の開発を進めている。この研究では、岩盤の不均一性推定に伴う不確実性を定量的に把握するための手法を明らかにし、その不確実性を低減するための合理的な地質環境調査手法の確立を一つの大きな目標としている。本研究においては、これまでにファジー地球統計を基本とした不確実性解析手法を用い、調査の各段階で想定し得る(あるいは否定できない)モデルやパラメータの全体集合を考えることにより不確実性を定量化でき、調査結果に基づき蓋然性が低いと考えられる選択肢を絞り込むことによってその不確実性を低減できるという新たなアプローチを考案している。平成15年度は、これまで東濃地域で行われた調査結果に基づき、本手法を適用した地質構造モデルの構築と地下水流動解析を通して、不確実性解析手法としての適用性確認を行った。本研究成果を取りまとめると、以下のようになる。1.東濃地域の事例を用い、地質環境の不均一性推定に伴う不確実性を定量化することができた。2.感度解析を行うことにより、不確実性低減を目的とした調査計画への情報提供を行うことができた。3.適用事例を用いて不確実性解析手法としての方法論を構築できた。4.上記の結果により、本手法の適用性を確認すると共に、本手法の体系化としての課題を整理できた。
森 孝之*; 森川 誠司*; 田部井 和人*; 岩野 圭太*
JNC TJ7400 2004-006, 58 Pages, 2004/02
JNC-TJ7400-2004-006.pdf:9.51MB
核燃料サイクル開発機構では,超深地層研究所計画(以下,MIU計画)の第1段階における研究として,掘削影響領域の予測解析手法の整備・高度化を進めている。昨年までに,岩盤内の亀裂挙動を考慮できる解析手法の1つであるMBC(Micromechanics Based Continuum Model)解析についても,2次元掘削影響解析を実施してきた。ただし,本解析手法は,通常の有限要素法の掘削解析同様,応力再配分現象のみを捉える解析となっており,発破や機械掘削により生じた掘削損傷領域を考慮していない。そこで,本業務では,MBCモデルを対象に,掘削損傷領域のモデル化手法を確立するとともに,掘削損傷領域を考慮した掘削影響解析を実施し,掘削損傷領域を考慮することによる掘削影響についての検討を行った。得られた知見については以下の通りである。1.MBCモデルで使用する岩盤や亀裂のパラメータについて感度解析を実施し,各パラメータが掘削影響領域に与える影響とその鋭敏性について検証し,亀裂密度と岩盤基質部の弾性係数の影響度が高いことが分かった。2.立坑・横坑断面に対し,掘削損傷領域を考慮した解析ケースを実施した。設定した掘削損傷領域内の亀裂密度を大きくするほど,またその領域を広げるほど,亀裂の開口量は増大し,等価せん断剛性は低減した。3.掘削損傷領域内の亀裂状態に関して,先在亀裂が進展する場合と,新たに坑道壁面平行に亀裂が発生する場合について解析を実施した結果,前者のケースは後者に比して,設定した掘削損傷領域の外へより影響が及ぶ傾向であった。4.以上の結果から,MBCモデルを用いた掘削損傷領域を考慮した掘削影響解析よる研究坑道の詳細検討は可能であることが分かった。また,研究坑道の岩盤挙動の実計測を通して本解析の検証を行うことができると思われる。
真田 祐幸; 杉田 裕; 國丸 貴紀; 岩野 圭太*; 森川 誠司*; 瀬尾 昭治*; 並川 正*
no journal, ,
原子力機構では、幌延深地層研究所の140m東側調査坑道において、水平坑道の施工と原位置試験を通じ、掘削影響領域の幅・物性変化の程度の把握,掘削影響領域のモデル化,掘削影響評価手法の確立を目的に掘削影響試験を実施している。本報告では、掘削影響領域の幅・物性変化の予測を主な目的として、等価連続体モデルに基づいた岩盤力学-浸透流連成解析プログラムの一種であるMBCモデルを採用し、坑道掘削解析を実施した。弾性解析とMBC解析との比較から、マトリクス部の変位と比べ不連続面の開口量は小さかったが、今回の設定条件では、解析上予想される透水係数の変動は大きく最大で5オーダー程度であった。また、不連続面が開口する領域は水平坑道壁面から奥行き1.5m程度以内であると推定された。今後、実測データと解析結果との対応関係を整理する作業やパラメータを含めた解析モデルの適用性の検討を行う予定である。
藪内 聡; 國丸 貴紀; 岩野 圭太*; 森川 誠司*; 並川 正*
no journal, ,
幌延深地層研究所の140m調査坑道において水平坑道の掘削が岩盤の水理特性に与える影響を把握するため、水平坑道壁面から約3m離れた位置で、水平坑道の掘削前から掘削中,掘削後にかけて繰り返しの透水試験や間隙水圧モニタリングを実施した。また、等価連続体モデルを用いた力学-水理の連成による掘削影響解析を実施した。透水試験の結果から、水平坑道の掘削に伴う顕著な変化は認められなかった。また、掘削影響解析により得られた透水係数分布においては、坑道近傍の限られた範囲や特に坑道底盤部に透水係数の増加域が認められた一方、透水試験を実施した場所では水平坑道の掘削を通じて透水係数の変化はなく、原位置試験結果との整合性が認められた。これらの結果から、透水試験区間においては坑道の掘削により透水性に影響を与えると考えられる空隙構造の変形などはほとんど生じていないものと考えられる。これは、140m調査坑道における岩盤力学に関する試験・計測により、岩盤の力学的な性質が明瞭に変化している範囲は坑道壁面から数十cm程度と得られている結果と矛盾しない。一方、間隙水圧モニタリングにおいては、水平坑道の切羽が間隙水圧モニタリング区間側方を掘進する約20日間に間隙水圧は0.2
0.3MPa程度の低下を示し、掘削影響解析で得られた間隙水圧の挙動は間隙水圧モニタリングによる計測値とよい整合を示した。
石橋 正祐紀; 笹尾 英嗣; 中嶌 誠門*; 渥美 博行*; 尾上 博則; 三枝 博光; 川端 淳一*; 升元 一彦*; 瀬尾 昭治*; 岩野 圭太*
no journal, ,
高レベル放射性廃棄物の地層処分など、地下空間の利用では、割れ目や断層などの地下水の流動経路となる地質構造の把握が重要であり、結晶質岩のような亀裂性媒体では、亀裂の分布特性の取得が必要となる。地下深部における亀裂の分布は主にボーリング調査で把握されるが、必要な調査量や手順と言った調査の最適化のための方法論は十分に確立されているとは言えない。そこで、本研究では、ボーリング調査の進展に伴う亀裂の分布特性に関する情報量の変化を亀裂ネットワークモデル中に仮想ボーリング孔を掘削して検討した。本研究の結果、亀裂の分布特性に関するデータを取得するためには、亀裂の卓越方位との遭遇率を考慮した調査計画を立案することが重要であることが示唆された。また、本研究では亀裂の卓越方位の法線ベクトルの平均方向に掘削したボーリング孔で得られた情報は、全ての亀裂の方向における亀裂密度に偏りが少ないことから、亀裂の空間分布を把握するための調査においては、既存情報で把握された亀裂の方位分布に基づいて掘削方向を決定し、最初のボーリング調査の結果から得られた亀裂の卓越方位分布から、再度掘削方向を検討することが有効と考えられる。
升元 一彦*; 渥美 博行*; 岩野 圭太*; 中嶌 誠門*; 瀬尾 昭治*; 川端 淳一*; 三枝 博光; 尾上 博則; 澤田 淳
no journal, ,
超深地層研究所計画の一環として、割れ目を考慮した物質移動特性の評価を行っている。これまで、割れ目ネットワークモデル(以下、DFNモデル)に基づくモデル化及び数値解析を用いて、物質移行特性に影響を与える割れ目パラメータの評価を行ってきたが、地質学的パラメータや水理学的パラメータのパラメータ間の相関を考慮していなかった。そこで、本研究では割れ目のパラメータ間の関連性の有無がモデル化・解析結果に与える影響の評価するために、パラメータ間の相関を考慮したDFNモデルを構築し、相関を考慮していないモデルとの比較を行った。その結果、DFNモデルを構築する際、地質学的パラメータや水理学的パラメータのパラメータ間の相関性の有無により構築されるモデルが異なることを示した。
岩野 圭太*; 渥美 博行*; 中嶌 誠門*; 升元 一彦*; 瀬尾 昭治*; 川端 淳一*; 尾上 博則; 三枝 博光; 澤田 淳
no journal, ,
超深地層研究所計画の一環として、割れ目を考慮した物質移動特性の評価を行っている。割れ目のパラメータ間の関連性の有無がモデル化・解析結果に与える影響の評価するために、パラメータ間の相関を考慮したDFNモデルと、相関を考慮していないモデルをし、それらを用いた地下水流動解析および粒子追跡線解析を実施した。その結果、地下水流動解析と粒子追跡線解析から解析結果に影響を及ぼす割れ目の幾何学条件、透水量係数の設定条件を明らかにすることができた。
渥美 博行*; 中嶌 誠門*; 岩野 圭太*; 升元 一彦*; 瀬尾 昭治*; 川端 淳一*; 石橋 正祐紀; 笹尾 英嗣; 細谷 真一*
no journal, ,
割れ目ネットワークモデルに基づく地質構造モデルを構築するにあたっては、割れ目の地質学的特性を把握することが重要である。しかし、ボーリング調査で取得される地質学的特性については、必要な調査量や調査手順といった調査の最適化のための方法論は十分に確立されているとは言えない。そこで、構築した地質構造モデルに仮想ボーリング孔をモデル化し、これと交差する割れ目情報に基づき、モデル構築に必要なボーリング調査の量に関わる検討をした。その結果、調査においては割れ目の卓越方位との遭遇率を考慮し、調査の進展とデータの関係から調査量の十分性を検討することが重要であることが示唆された。
渥美 博行*; 岩野 圭太*; 瀬尾 昭治*; 升元 一彦*; 川端 淳一*; 三枝 博光; 尾上 博則
no journal, ,
日本原子力研究開発機構の瑞浪超深地層研究所における深度300mと500mの坑道において観察された異なる2つの岩盤領域(土岐花崗岩の上部割れ目帯と下部割れ目低密度帯)に分布する割れ目の分布特性と水理試験結果に基づき、割れ目ネットワークモデルによる水理地質構造モデルを構築した。その結果、深度300mのモデルと深度500mのモデルでは、割れ目の透水量係数や連結性が異なることを確認した。また、構築した水理地質構造モデルを用いた地下水流動解析および粒子追跡線解析を行い、割れ目の分布特性の違いが地下水流動特性に与える影響を評価した。その結果、割れ目の連結性が地下水の移行時間や移行経路といった地下水流動特性に与える影響が大きいことが明らかとなった。
細谷 真一*; 鈴木 一成*; 石橋 正祐紀; 澤田 淳; 渥美 博行*; 岩野 圭太*
no journal, ,
日本原子力研究開発機構の瑞浪超深地層研究所における異なる岩盤領域(土岐花崗岩の上部割れ目帯と下部割れ目低密度帯)に位置する深度300mボーリング横坑(上部割れ目帯)と深度500m研究アクセス北坑道の冠水坑道(下部割れ目低密度帯)で観察された割れ目のデータを用いて、割れ目の分布特性の違いが地下水流動特性に与える影響を検討することを目的として、割れ目の分布特性を整理し、割れ目ネットワークモデルに基づく水理地質構造モデル構築のためのデータセットを作成した。また、割れ目の方向に基づき分類した各方位セットの分布特性と水理的情報とを比較することで、割れ目の方向性と透水性の関係についての予察検討を実施した。その結果、深度によって割れ目密度が異なるとともに、割れ目の方向性と透水性に関連があることが認められた。今後は割れ目の方向性と透水性の関連性などを適切にモデルに反映させるための方法論の検討を進めていく予定である。