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報告書

幌延深地層研究計画におけるひずみ軟化挙動と物性の深度依存性を考慮した三次元立坑逐次掘削解析

真田 祐幸; 松井 裕哉; 小川 豊和*; 木ノ村 幸士*; 青木 智幸*; 山本 卓也*

JAEA-Research 2009-050, 57 Pages, 2010/01

JAEA-Research-2009-050.pdf:8.14MB

坑道を掘削したことにより坑道周辺岩盤に生じる掘削影響を把握することは、地層処分における性能評価並びに処分坑道に設置するプラグの設計をするうえで必要不可欠な情報である。幌延深地層研究計画における地上からの調査において、当該地域の珪質岩は坑道掘削時にひずみの局所化による破壊面の形成が起こりうる可能性が高いことや岩盤物性が深度依存性を有することがわかっている。そのため、地下施設の建設時に想定される掘削影響を把握するために、先に示した物性の深度依存性や実際の施工方法を忠実に再現した三次元でのひずみ軟化立坑逐次掘削解析を行った。その結果、声問層と稚内層の境界領域で、ひずみ軟化による坑道周辺に著しい損傷が生じることが推定された。また、坑道掘削に伴う応力変化から諸物性値の変化を推察したところ、遷移帯を除いた稚内層では掘削影響は発生しないが、その他の領域では60cmから120cm程度の掘削影響領域が発生し、その物性変化の程度は弾性波速度で2割,弾性係数で約3割,透水係数で約1オーダーであることがわかった。

論文

物性の深度依存性を考慮した堆積軟岩中の大深度立坑逐次掘削解析

小川 豊和*; 木ノ村 幸士*; 青木 智幸*; 山本 卓也*; 真田 祐幸; 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.933 - 940, 2008/09

日本原子力研究開発機構は、高レベル放射性廃棄物の地層処分に関する研究開発の一環として地下研究施設の建設を伴う研究プロジェクトとして幌延深地層研究計画を進めている。幌延深地層研究計画の一環として実施されたボーリング調査において、地下研究施設周辺に分布する堆積軟岩は拘束圧下でひずみ軟化挙動を示すことと岩盤の物性が深度依存性を示すことがわかった。本報告では坑道の力学的安定性と坑道周辺岩盤に生じる力学的な擾乱の範囲と程度を把握するために、ひずみ軟化挙動,岩盤物性の深度依存性並びに実際の施工手順を考慮して行った立坑の三次元逐次掘削解析の結果を報告する。

論文

堆積軟岩地山のひずみ軟化挙動を考慮した立坑の掘削時安定性評価

木ノ村 幸士*; 小川 豊和*; 青木 智幸*; 山本 卓也*; 松井 裕哉; 真田 祐幸

第37回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.307 - 312, 2008/01

幌延深地層研究計画では、深度500mに及ぶ地下研究施設建設を通じ、高レベル放射性廃棄物の地層処分に関する研究を実施する計画である。研究所設置地区及びその周辺の堆積軟岩は拘束圧下でひずみ軟化挙動を示すことから、力学安定性評価を行う場合、その特性を踏まえた検討が重要である。そこで、本研究では、掘削に伴う"ひずみの局所化"を考慮した安定性評価手法を提案して適用性の確認を行い、ひずみの局所化が周辺岩盤並びに支保工に及ぼす力学的影響について評価を行った。解析には2次元及び3次元モデルを用い、同一深度において結果を比較した。その結果、3次元解析では施工手順,施工方法の妥当性や切羽進行に伴う支保工の健全性が評価でき、事前の2次元解析では顕在化しなかった支保設計上の問題点が明らかとなった。

論文

ひずみの局所化に注目したボーリング孔形状のシミュレーション

小川 豊和*; 木ノ村 幸士*; 青木 智幸*; 山本 卓也*; 松井 裕哉; 真田 祐幸

第37回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.301 - 306, 2008/01

幌延深地層研究所では、高レベル放射性廃棄物の地層処分のための地下研究施設の建設に先だちボーリング調査を実施し、地下の地質水理特性や力学特性を把握してきている。このうち、深度1,000mまで掘削されたHDB-11孔を中心に、ボアホールブレークアウトが観察された。これは、等方的ではない応力状態の場にボアホールを掘削することにより応力集中が生じ、応力が岩盤の強度を越えた場所では岩盤が破壊したためであると考えられる。この論文では、ひずみ軟化型弾塑性モデルを用いてこのボアホールブレークアウト現象を数値解析的に再現できるかどうかを検証した結果を報告する。ボアホール内で実施された水圧破砕法による初期地圧測定結果を参考にして初期応力比を設定し、メッシュの粗さやモデル概念が解析結果に与える影響を調べた。その結果、ひずみ軟化型弾塑性モデルによるシミュレーション結果は原位置での観察結果とおおむね整合的であることがわかった。

口頭

高精度傾斜計による立坑掘削に伴う岩盤挙動のモニタリング

名合 牧人*; 井尻 裕二*; 木ノ村 幸士*; 里 優*; 重廣 道子*; 國丸 貴紀

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の地層処分では、地下深部に数キロメートル四方にわたって処分用の坑道を掘削し、数十年間かけて建設・操業を行うため、広域を対象とした岩盤挙動の長期モニタリングは重要な課題の1つである。しかし、大深度のボーリング孔を用いたモニタリング手法では、広大な領域内に数多くの大深度ボーリング孔が必要となりコストが多大となる。そこで、地表付近で測定が可能な高精度傾斜計を用いた岩盤挙動のモニタリング手法を開発することを目指して、高精度傾斜計の適用試験の計測結果、及び弾性解析との比較結果について報告する。

口頭

ひずみ軟化挙動を考慮した堆積軟岩中の立坑逐次掘削解析

小川 豊和*; 青木 智幸*; 木ノ村 幸士*; 松井 裕哉

no journal, , 

幌延深地層研究計画では、深度500mに達する地下施設を現在建設中であり、その建設中及び施設を利用した高レベル放射性廃棄物処分に関する研究を今後実施する計画である。地下施設周辺に分布する堆積軟岩は拘束圧下でひずみ軟化挙動を示すため、地下施設の力学的安定性評価にはその特性を考慮することが重要と考えられる。本研究では、ひずみ軟化挙動を考慮した立坑の3次元掘削解析を実施し、現状の設計の妥当性について検討した。その結果、現状の設計はおおむね妥当と考えられるが、深度に対して岩盤強度が小さい場所では空洞の力学的安定性に問題が生じる可能性があることがわかった。

口頭

高精度傾斜計による岩盤挙動のモニタリング手法の開発

井尻 裕二*; 名合 牧人*; 木ノ村 幸士*; 杉原 豊*; 重廣 道子*; 里 優*; 國丸 貴紀

no journal, , 

本研究は、深地層研究所建設に伴う岩盤挙動をモニタリングする技術を開発することを目的として、地表面近傍に設置した高精度傾斜計の計測結果及びシミュレーション解析結果について報告するものである。高精度傾斜計は、建設に伴う掘削やコンクリート打設の影響を捉えているだけでなく、地震,気圧・潮汐変動や地上での重機の移動の影響まで捉えており、非常に感度よく岩盤の挙動を捉えていることがわかった。また、弾性解析により、建設に伴う岩盤変形挙動の計測結果から地盤の剛性を同定する手法が有効であることを示した。さらに、水-応力連成解析より高透水ゾーンでは傾斜変位の速度が大きく変位モードも変化することから、傾斜計の湧水現象のモニタリングへの適用性を示した。

口頭

物性の深度依存性を考慮した堆積軟岩中の立坑掘削解析

小川 豊和*; 青木 智幸*; 木ノ村 幸士*; 真田 祐幸; 松井 裕哉

no journal, , 

原子力機構は、高レベル放射性廃棄物の地層処分に関する研究開発の一環として地下研究施設の建設を伴う研究プロジェクト(幌延深地層研究計画)を進めている。地下研究施設周辺の珪質岩は拘束圧下でひずみ軟化挙動を示す。そして、地上からの調査において実施したボーリング調査並びに岩石コアを用いた室内試験で物性の深度依存性を示すことが明らかとなった。そこで地下研究施設の建設に伴い周辺岩盤に与える影響を確認するために、物性の深度依存性を考慮した岩盤物性分布モデルを用いて行った予測評価(施工手順と物性の深度依存性を考慮した立坑の三次元逐次掘削解析)を行い、坑道掘削に伴う周辺岩盤の物性変化の程度と幅を明らかにした。

口頭

電子線/中性子照射タングステン中の照射欠陥形成に対する添加元素効果

外山 健*; 井上 耕治*; 永井 康介*; 木野村 淳*; 鈴土 知明; 波多野 雄治*

no journal, , 

タングステン(W)は核融合炉プラズマ対向材料として有望である。照射下では水素同位体の滞留・蓄積が問題となるが、レニウム(Re)やクロム(Cr)添加によって水素同位体蓄積量が大幅に減少することが見出された。これは、水素捕獲サイトである空孔型欠陥の形成がReやCrによって抑制されるためと考えられるが、それを裏付ける実験的な知見はあまり得られていない。本研究では、電子線照射または中性子照射されたW合金について、照射欠陥形成に対する添加元素の効果を陽電子消滅法で調べることを目的とした。

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