Long-term changes in the chemical, microstructural, and transport properties of a low-pH cement shotcrete during operation of the Horonobe Underground Research Laboratory, Japan

望月 陽人; 松井 裕哉; 中山 雅; 坂本 亮*; 柴田 真仁*; 本島 貴之*; 城 まゆみ*

Case Studies in Construction Materials, 22, p.e04648_1 - e04648_20, 2025/07

https://doi.org/10.1016/j.cscm.2025.e04648

放射性廃棄物の地層処分で使用される低アルカリ性セメントは、長期にわたる処分場の操業期間中に大気中の二酸化炭素による炭酸化や地下水との接触によってその特性が変化する可能性がある。本研究では、フライアッシュとシリカヒュームを混合した低アルカリ性セメント(HFSC)を用いた吹付けコンクリートの化学的特性、微細構造ならびに輸送特性に対して大気中での炭酸化および地下水との接触が与える影響を、幌延の地下研究施設において16年間にわたり調査した。HFSC吹付けコンクリートの炭酸化領域と溶出領域のいずれにおいても、直径約300nm未満の細孔の毛細管空隙率が増加し、全空隙率は非変質領域よりも高くなった。これらの空隙構造の変化は、ケイ酸カルシウム水和物(C-S-H)の脱灰とエトリンガイトの分解に関連していると考えられる。このような変化は、OPC吹付けコンクリートの変質領域では軽微であったことから、本研究の調査条件下において、HFSC吹付けコンクリートは炭酸化や地下水溶出に対する抵抗性が相対的に低いことが示された。しかしながら、HFSCの透水係数は、地層処分に用いられる低pHセメントに求められる機能要件を満たす程度に低かった。

Dislocation densities and intergranular stresses of plastically deformed austenitic steels

友田 陽*; 小嶋 真由美*; Harjo, S.; Gong, W.*; 佐藤 成男*; Ungr, T.*

Materials Science & Engineering A, 743, p.32 - 39, 2019/01

https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.09.052

Heterogeneous plastic deformation behavior of oriented individual grains-family with respect to the tensile direction in austenitic steels was studied using electron back scatter diffraction (EBSD) and neutron diffraction (ND) measurements. The kernel averaged misorientation value determined by EBSD for a plastically deformed specimen was different in grain to grain, suggesting different dislocation densities. Such insights obtained from the surface observations with EBSD were quantitatively evaluated as bulk-averaged data using ND. The convolutional multiple whole profile fitting (CMWP) for ND profiles has revealed different dislocation densities in oriented grains-families, showing good coincidence with the EBSD results in trend.

High stereographic resolution texture and residual stress evaluation using time-of-flight neutron diffraction

徐 平光; Harjo, S.; 小島 真由美*; 鈴木 裕士; 伊藤 崇芳*; Gong, W.; Vogel, S. C.*; 井上 純哉*; 友田 陽*; 相澤 一也; et al.

Journal of Applied Crystallography, 51(3), p.746 - 760, 2018/06

AA2018-0163.pdf:3.0MB

https://doi.org/10.1107/S1600576718004004

Neutron diffraction texture measurements provide bulk textures with excellent grain statistics even for large grained materials, together with the crystallographic parameters and microstructure information such as phase fractions, coherent crystallite size, root mean square microstrain, macroscopic/intergranular stress/strain. The procedure for high stereographic resolution texture and residual stress evaluation was established at the TAKUMI engineering materials diffractometer. The pole figure evaluation of a limestone standard sample with a trigonal crystal structure suggested that the obtained precision for texture measurement is comparable with the oversea well-established neutron beam lines utilized for texture measurements. A high strength martensite-austenite multilayered steel was employed for further verification of the reliability of simultaneous Rietveld analysis of multiphase textures and macro stress tensors. By using a geometric mean micro-mechanical model, the macro stress tensor analysis with a plane stress assumption showed a RD-TD in-plane compressive stress (about -330 MPa) in martensite layers and a RD-TD in-plane tensile stress (about 320 MPa) in austenite layers. The phase stress partitioning was ascribed to the additive effect of volume expansion during martensite transformation and the linear contraction misfit during water quenching.

堆積軟岩中の坑道掘削に伴う応力-水連成現象による長期的変形挙動について

青木 智幸*; 真田 祐幸; 城 まゆみ*; 山本 卓也*; 松井 裕哉

第12回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.709 - 716, 2008/09

地下深部の堆積軟岩中の坑道周辺岩盤及び支保の長期挙動について、応力-水連成現象の観点から数値解析的検討を行った。堆積軟岩は、透水係数が小さくかつ空隙率が大きいという特徴を有するものが多く、掘削により周辺岩盤に発生する過剰間隙水圧とその経時的消散による長期的な変形挙動を生じる可能性がある。本研究では、まず幌延深地層研究計画で実施した地表からのボーリング調査で得られたコア(声問層,稚内層)を使用し、三軸試験装置を用いて多孔質弾性パラメータを求めた。次に、これを用いて、円形坑道及び馬蹄形坑道について、堆積軟岩に適応する多孔質弾性論に基づく応力-水連成解析を実施した。その結果、クリープ現象とは異なる、応力-水連成現象に特有の岩盤の変形や支保応力の長期挙動が生じることがわかった。

地山の時間依存性挙動を考慮した坑道掘削時の安定性解析

小川 豊和*; 青木 智幸*; 城 まゆみ*; 松井 裕哉; 堀井 秀之*

第36回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集, p.39 - 44, 2007/01

地下深部の堆積軟岩中に空洞を掘削する場合、坑道掘削時においても掘削による弾性的な変形に加え時間依存性変形が生じるので、地下施設の合理的な設計・施工,操業時の安全性確保の観点からも時間依存挙動が坑道の安定性に及ぼす影響を評価しておく必要があると考えられる。本論文では、坑道掘削時に生じる地山の時間依存挙動が坑道の安定性に及ぼす影響を調べるために適用した、室内試験・数値解析を組合せた工学的な一手法を紹介する。具体的には、室内クリープ試験結果に基づきレオロジカルモデルのパラメータを決定し、二次元平面ひずみ応力変形解析を実施して、時間依存挙動が坑道周辺岩盤並びに支保の安定性に及ぼす影響を検討した。また、弾性的な変形に対する時間依存性変形の大きさと変形速度に関する指標を定義し、支保設置後からの地山の変形量や支保軸力に及ぼす時間依存性特性の影響を整理した。

堆積軟岩の長期挙動に関する調査試験研究(その2)

山本 卓也*; 青木 智幸*; 瀧 治雄*; 城 まゆみ*

JNC TJ5400 2003-005, 190 Pages, 2004/02

JNC-TJ5400-2003-005.pdf:37.41MB

無し

DH-2号孔における地下水の水理学的特性調査

下茂 道人*; 山本 肇*; 城 まゆみ*; 山上 順民*; 文村 賢一*; 熊本 創*; 五十嵐 孝文*

JNC TJ7440 2005-083, 991 Pages, 2003/01

JNC-TJ7440-2005-083.PDF:130.74MB

東濃地科学センターにおける超深地層研究所計画では,これまで,深度約1,000mの試錐孔を用いた各種試験が実施され,それらの調査結果をもとに深部地下の水理・地質構造の評価ならびにモデル化が進められている。しかし,試錐調査結果は平面的には点のデータであることから,構築された水理地質構造モデルの妥当性を検証するためには,周辺地盤の三次元的な場における水理的連続性の情報が不可欠である。 本年度は,広い領域での水理的連続性および透水性に関する情報を取得することを目的とし,超深地層研究所計画用地内(以下,試験サイト)に削孔された深度約1000mのMIU-2号孔において,長期(10日間2週間程度)の揚水試験を行った。 本試験結果により,試験サイト内の各試錐孔で検出されている透水性割れ目の孔間での連続性が確認されたとともに,すでに構築された水理地質構造モデルの妥当性の検証ならびに改良のための貴重なデータを取得することができた。

幌延URLにおける人工バリアの性能確認試験,7; 大口径掘削機による試験孔の掘削

丹生屋 純夫*; 下原 正弘*; 城 まゆみ*; 名合 牧人*; 中山 雅; 棚井 憲治; 橋本 祐太; 捻金 礎人

no journal, , 

幌延URLの深度350m調査坑道で実施する、人工バリア性能確認試験では、実物大の模擬人工バリアを設置し、坑道の埋め戻しまでを行う計画である。模擬人工バリアを定置する試験孔は、竪置き方式を想定した2.4m深さ4.2mの大口径の孔であり、実際の処分場を想定した場合、掘削には専用のマシンを用いることが効率的である。堆積岩に対応可能な方法として、外堀ケーシング工法と中堀オーガー工法を同一のマシンで施工可能な、専用の掘削機械を開発し、実際に地下環境で使用した。本報では、掘削機の概要と地上での模擬岩盤を用いた掘削試験、および幌延URLでの試験孔の掘削について述べる。

Countermeasures against piping and erosion of bentonite buffer; Piping inhibition due to pre-hydration

白瀬 光泰*; 石井 智子*; 小林 一三*; 城 まゆみ*; 小野 誠*; 中山 雅

no journal, , 

日本における有望な地層処分概念のひとつに、竪置き方式があり、竪置き方式では、処分孔壁と緩衝材の外側との間に一定の隙間(ギャップ)が存在する。緩衝材の処分孔への定置後、緩衝材が地下水と接触して膨潤することによって期待する機能(自己シール等)が発揮されて、この機能によって緩衝材外側と岩盤とのギャップが埋められることとなる。しかしながら、緩衝材が膨潤して機能を発揮する前に、岩盤と緩衝材の外側のギャップを流れる処分孔内湧水の状況によっては、孔内湧水と接触する緩衝材表面からベントナイトが孔外へ流出する可能性があり、人工バリアの機能低下につながる可能性が危惧される。上記の課題に対し、RWMCでは、竪置き・ブロック方式を対象とし、緩衝材の流出が期待する機能に与える影響の程度を把握するとともに、緩衝材の流出抑制に資する工学的対策の研究を進めている。工学的対策の研究の一つとして、RWMCは、緩衝材の定置直後に人工的な給水を行って膨潤させるプレハイドレーションに関する試験を実施した。

堆積岩環境における止水プラグの設計に関する諸検討の実施

小野 誠*; 城 まゆみ*; 八木 啓介*; 木村 駿; 武田 匡樹

no journal, , 

放射性廃棄物の地層処分において、坑道やその周辺の岩盤が水みちとなることを防止するための止水プラグや埋戻し材等の坑道シーリング技術では、地質環境条件に応じて要求性能や詳細設計を具体化することが重要となる。止水プラグについては、坑道掘削時に形成される相対的に高透水性となる掘削損傷領域(以下、EDZという)の幅を上回るように岩盤への切欠きを設けて低透水性を有する粘土系材料を充填することで坑道周辺のEDZを通じた放射性物質の移行を抑制する概念が提示されている。堆積岩系岩盤においては、その力学特性やEDZの広がり方等を考慮した設計・施工技術の開発・高度化が必要となる。本稿では、堆積岩環境における止水プラグの設計の考え方を整理するとともに、止水プラグの形状を検討するために予察的に実施した内容について報告する。