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論文

幌延深地層研究センターの換気立坑におけるグラウト注入シミュレーションおよびその効果の検証

中嶋 仁慶*; 小山 倫史*; 龍田 圭亮*; 片山 辰雄*; 青柳 和平

第14回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(インターネット), 6 Pages, 2017/01

本論文では、幌延深地層研究センターの深度250m以深の換気立坑掘削前に、透水性の高い断層部を対象として実施したグラウト施工を対象として、有限要素法により、非定常の浸透流解析および移流・分散解析を実施し、グラウト施工後の透水係数の分布を評価した。その結果に基づきグラウトによる透水性の改善効果について検討を行い、原位置におけるルジオン試験結果との比較により解析の妥当性について検討を行った。結果として、実際のグラウト施工により、透水性の高い断層部の透水係数の4オーダー程度の改善が見られ、その値は原位置のルジオン試験結果にも概ね整合することが示された。よって、グラウトによる透水性改善の検討について、本手法の適用可能性が示された。

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

Development of grouting technologies for HLW disposal in Japan, 5; Development and application of numerical model for grout injection process during in-situ grouting test

小山 倫史*; 片山 辰雄*; 田中 達也*; 葛葉 有史; 大西 有三*

Proceedings of 7th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS-7) (USB Flash Drive), p.712 - 720, 2012/10

本研究では、スイス・グリムゼル岩盤試験場で実施した原位置注入試験のフィードバック解析を実施し、グラウト浸透メカニズムの解明及びグラウト注入効果の検証を実施した。なお、本解析では等価多孔質媒体モデルは、原位置におけるボーリング調査より得られた不連続面幾何学情報をもとに作成した亀裂ネットワークモデルをもとに作成した。また、溶液型グラウトをニュートン流体と仮定し、浸透流解析と移流・分散解析を組合せることでグラウト注入過程の3次元シミュレーションを実施した。グラウト注入過程は、現地で計測した粘性試験の結果より、粘性の経時変化を時間及び濃度の関数として表現することで、透水係数低減関数を算出し、透水場を逐次更新することで表現する。注入圧は原位置注入試験で測定されたものを境界条件として用い、グラウト注入範囲の推定を行うとともに観測孔で観察されたブレークスルーカーブと比較した。解析結果は定性的によい一致が見られ、多孔質媒体モデルによるグラウト注入解析の妥当性が示された。

論文

The JAEA grouting test at the Grimsel test site; Numerical simulation of the grout injection process of silica sol in fractured rock mass

小山 倫史*; 大西 有三*; Bruines, P.*; 田中 達也*; 蓮井 昭則*; 片山 辰雄*; 岸 裕和; 葛葉 有史

Proceedings of 2012 ISRM International Symposium; Rock Engineering and Technology for Sustainable Underground Construction (EUROCK 2012) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2012/05

亀裂性岩盤における溶液型グラウトの注入・浸透過程のメカニズム解明及びグラウト注入効果の検証を目的として、スイス・グリムゼル岩盤試験場における溶液型グラウト注入試験の事前解析を実施した。本解析では、原位置より得られた不連続面幾何学情報をもとに作成した亀裂ネットワークモデルを等価多孔質媒体に置き換える。また、溶液型グラウトはニュートン流体であると仮定し、粘性試験の結果より算出した粘性の経時変化を時間と濃度の関数で表し、透水係数低減関数を算出する。この透水係数低減関数を用い、浸透流解析と移流・分散解析を組合せることでグラウト注入過程の3次元シミュレーションを実施した。

論文

The JAEA grouting test at the Grimsel test site; Site characterization of a fractured rockmass and preparation of DFN model and its equivalent continuous porous media model

Bruines, P.*; 田中 達也*; 小山 倫史*; 岸 裕和; 中西 達郎; 大西 有三*

Proceedings of 2012 ISRM International Symposium; Rock Engineering and Technology for Sustainable Underground Construction (EUROCK 2012) (USB Flash Drive), 15 Pages, 2012/05

日本原子力研究開発機構は、スイスのグリムゼル岩盤研究所において、グラウトの浸透範囲を管理しつつ、グラウト施工を行う実証試験を予定している。本報告では、グラウト注入の対象範囲及び注入仕様の設定を目的とした、水理地質構造の調査と評価の結果をとりまとめる。同試験場は花崗岩体中に位置し、グラウトは割れ目を主な経路として移動することから、調査・評価結果を3次元的な割れ目ネットワークモデルを用いて統合・記述した。また、着目する岩体の透水性の分布,異方性,割れ目密度及び水圧等の水理特性を可能な限りモデル内に記載する方針を採用したことで、グラウト挙動を再現するモデルとしてふさわしいことがわかった。

論文

地層処分におけるグラウト技術の高度化研究,3; 多孔質媒体モデルを用いた溶液型グラウト注入解析

小山 倫史*; 片山 辰雄*; 蓮井 昭則*; 田中 達也*; 岸 裕和; 大西 有三*

第41回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.83 - 88, 2012/01

本研究では、亀裂性岩盤における溶液型グラウトの注入・浸透過程のメカニズム解明、及びグラウト注入効果の検証を目的として、スイス・グリムゼル岩盤試験場における溶液型グラウト注入試験の事前解析を実施した。本解析では、原位置より得られた不連続面幾何学情報をもとに作成した亀裂ネットワークモデルを等価多孔質媒体に置き換える。また、溶液型グラウトはニュートン流体であると仮定し、粘性試験の結果より算出した粘性の経時変化を時間と濃度の関数で表し、透水係数低減関数を算出する。この透水係数低減関数を用い、浸透流解析と移流・分散解析を組合せることでグラウト注入過程の3次元シミュレーションを実施した。

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

地層処分におけるグラウト技術の高度化開発,7; サンドカラム試験によるグラウトの目詰まり特性の評価

大橋 英紀*; 小山 倫史*; 蓮井 昭則*; 片山 辰雄*; 葛葉 有史

土木学会平成23年度全国大会第66回年次学術講演会講演概要集(DVD-ROM), p.77 - 78, 2011/09

亀裂性岩盤へのグラウチングにおいて、浸透・充填・閉塞の過程は十分に解明されておらず、また、使用されるグラウト材は、その利用対象や目的,対象地盤の透水係数,亀裂の大きさなどにより異なる。本研究では、溶液型グラウト及び超微粒子球状シリカグラウトを対象として、グラウト注入解析モデル(等価多孔質媒体モデル)作成に必要なグラウトの流動・目詰まり特性の評価のため、溶液型グラウトと超微粒子球状シリカの異なる2種類の材料を用いて、粘性試験及びサンドカラム注入試験を実施した。サンドカラム注入試験の結果からグラウト浸透のメカニズムの相違が見られ、溶液型グラウトでは透水媒体の目詰まりは発生せず、供試体に均等に浸透し、ゲルタイム付近の急激な粘性の増大により透水係数が低減するのに対し、超微粒子球状シリカの場合、溶液型グラウトと比べて粘性が高いことに加えて透水係数の目詰まりの発生による透水係数の低減が大きく影響していることがわかった。この試験結果から、グラウト浸透特性の把握は、数値解析によるグラウト注入モデル作成において重要であることが判明した。

論文

地層処分におけるグラウト技術の高度化開発,8; 等価多孔質媒体モデルを用いた注入事前解析

葛葉 有史; 岸 裕和; 蓮井 昭則*; 片山 辰雄*; 小山 倫史*

土木学会平成23年度全国大会第66回年次学術講演会講演概要集(DVD-ROM), p.79 - 80, 2011/09

地層処分施設におけるグラウト技術の高度化研究では、グラウト浸透モデルを用いた注入管理方法についての技術開発を行っている。この技術開発では、ネットワーク構造や破砕帯構造で適用可能な、等価多孔質媒体モデルによる注入管理の具体化に向けた検討を行ってきた。本研究では等価多孔質媒体モデルに対して解析理論や解析コードの改良を行い、スイス・Nagraの地下研究施設グリムゼル岩盤研究所(以下、GTS)での地質調査に基づき作成した割れ目モデルに対して、室内試験で得られたグラウト材料の特性を使用して、GTSで予定するグラウト注入試験の事前解析を実施した。事前解析結果では、グラウト注入孔の2m範囲で透水係数が改良されていることが判明した。したがって、今後実施予定のGTSでのグラウト注入現位置試験では、注入孔に対し2m離れた場所に観測孔を削孔したうえで、グラウト注入を行い事前解析結果と実測データを比較検討することで等価多孔質媒体モデルの適用性を評価する予定である。

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

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

水銀キャビテーションにおける気泡挙動

直江 崇; 二川 正敏; 小山 智史*; 粉川 広行

実験力学, 6(3), p.301 - 307, 2006/09

核破砕中性子源水銀ターゲットに高強度のパルス陽子線が入射されると、熱衝撃により圧力波がターゲット容器内の水銀中に発生する。その伝播過程で容器壁と水銀の界面において負圧が生じ、キャビテーションが発生する。このキャビテーション気泡の崩壊により容器内壁は壊食損傷を受ける。本報では、液体水銀中の急激な圧力変動に伴う微小気泡の成長・崩壊挙動を把握し、損傷形成のメカニズムを明らかにすることを目的として、まずバブルダイナミックスに関する Rayleigh-Plessetの式を援用した解析を行い、水銀中の単一気泡の成長挙動と圧力変動との相関を評価した。さらに、電磁式衝撃圧負荷試験装置を用いた衝撃圧負荷試験における水銀中の気泡挙動を高速度ビデオカメラを用いて観察し、解析結果と比較した。その結果、気泡サイズ及び寿命は負荷圧力変動、特に負圧の飽和時間に依存すること,15kHz以上の高周波数成分はバブル崩壊により励起されることを示した。

論文

Development of aluminum (Al5083)-clad ternary Ag-In-Cd alloy for JSNS decoupled moderator

勅使河原 誠; 原田 正英; 斎藤 滋; 及川 健一; 前川 藤夫; 二川 正敏; 菊地 賢司; 加藤 崇; 池田 裕二郎; 直江 崇*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 356(1-3), p.300 - 307, 2006/09

 被引用回数:7 パーセンタイル:48.06(Materials Science, Multidisciplinary)

現在、J-PARCで建設が進められている核破砕中性子源において、パルス特性を向上させるために熱中性子吸収材としてAg-In-Cd合金が採用された。一方、熱除去及び冷却水による浸食の観点からAg-In-Cd合金をAl合金(Al5083)で被覆する必要があり、Ag-In-Cd合金とAl5083と接合に関する開発が急務になった。そこで、HIP(熱間等方圧延)を用いてAl5083と3元系Ag-In-Cd合金との接合に関する試験を行った。小試験片($$phi$$20mm)において良い接合条件が見つかり、接合領域にAlAg$$_{2}$$生成による硬い相の形成が見られるものの、必要とされる機械的強度(20MPa)より大きい結果が得られた。実機を模擬した大型試験片(200$$times$$200$$times$$30mm$$^{3}$$)においても、接合が成功し、小試験片と比較して機械的強度が多少落ちるが必要とする強度を満足した結果が得られた。

論文

気泡崩壊誘起音響振動を用いた壊食損傷評価

直江 崇*; 二川 正敏; 小山 智史*; 粉川 広行; 池田 裕二郎

実験力学, 5(3), p.280 - 285, 2005/09

現在、開発が進められているJ-PARCの物質生命科学研究施設では、核破砕中性子源水銀ターゲットから生成される中性子を利用した最先端の研究が行われる。大強度の陽子線入射に伴う熱衝撃により、水銀を充填するターゲット容器と水銀との界面では、急激な圧力変動によりキャビテーションが発生する。このキャビテーションによりターゲット容器内壁は壊食損傷を受ける。この壊食損傷は、薄肉構造であるターゲット容器の交換寿命を決定する因子となる。これまでに、電磁式衝撃圧負荷試験装置を用いて陽子線入射時の圧力変動を想定したキャビテーション壊食試験を行い、水銀中での衝撃壊食挙動を評価した。ここでは、キャビテーションにより生じる微小気泡の崩壊に起因する音響振動を計測し、損傷形態と比較した。その結果、音響振動から損傷の程度を評価するのに有用な情報が得られることを確認し、音響振動によりターゲット容器の健全性を診断できる可能性を示した。

論文

液/固体金属界面の衝撃壊食に及ぼす表面硬化の影響

小山 智史*; 二川 正敏; 粉川 広行; 石倉 修一*

日本機械学会関東支部茨城講演会(2002)講演論文集, p.5 - 6, 2002/09

水銀ターゲットにおけるピッチング損傷に対する抑制効果として、表面硬化処理技術がある。コーチング(CrN, TiN)及び浸炭法による表面硬化処理(Kolsterising)を施した試料に対して、Split-Hopkinson-Pressure-Bar(SHPB)衝撃原理に基づく平面歪み波入射実験を行い、硬化処理による抑制効果を調べた。その結果、材料表面硬度とピッチング損傷との相関は認められたが、硬化層厚さを適度に選択することが重要であることがわかった。そのためには、ピット深さを定量的に評価し、より効果的な硬化層厚さを決定することが重要である。

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