超深地層研究所計画(岩盤の水理に関する調査研究); 研究坑道掘削に伴う地下水流動場及び地下水水質の変化を考慮した地下水流動のモデル化・解析; 2008年度

下茂 道人*; 熊本 創*; 小坂 寛; 尾上 博則; 三枝 博光; 水野 崇; 大山 卓也

JAEA-Research 2012-004, 126 Pages, 2012/04

JAEA-Research-2012-004.pdf:14.3MB

本研究では、超深地層研究所計画における地下水流動場の把握を目的とした水理地質構造のモデル化及び地下水流動解析技術の高度化に関する研究開発の一環として、ローカルスケール(研究所用地周辺を含む約十km四方の領域)を対象とした水理地質構造モデルの構築及び地下水流動解析を実施した。モデル化・解析に用いたデータは、地表からの調査予測研究段階(第1段階)で得られた調査データ及び第2段階における研究坑道を深度200mまで掘削時の調査データである。モデル化・解析の結果、研究坑道の掘削に伴う湧水量や周辺の地下水流動場に影響を与える水理地質構造の推定、及び深度1000mまでの研究坑道の掘削に伴う湧水量や周辺地下水位の低下量を予測することができた。また、研究坑道掘削時のグラウトが周辺の地下水流動場の変化に与える影響の程度を解析的に把握することができた。また、研究坑道掘削に伴う地下水の水質分布に与える影響の程度を把握することができた。

亀裂を有する堆積岩の水理・物質移行評価のための試験手法の検討と解析(共同研究)

下茂 道人*; 熊本 創*; 伊東 章*; 唐崎 建二*; 澤田 淳; 小田 好博; 佐藤 久

JAEA-Research 2010-040, 57 Pages, 2010/11

JAEA-Research-2010-040.pdf:5.12MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分システムの性能評価において、天然バリアを構成する岩盤中における水理・物質移行特性を適切に評価することが重要である。本件では岩石基質(マトリクス)部の間隙率が高くかつ亀裂が発達しており、多孔質媒体と亀裂性媒体の双方の特徴を併せ持った性質を有する堆積岩について、亀裂を含む岩石ブロック試料の採取方法の具体的な手順、及び対象とする亀裂の抽出,観察,原位置での試験方法,ブロック試料の固定化方法などについて、具体的な方法を整理した。さらにブロック状の岩石試料の採取前後で実施する原位置試験と、ブロック試料採取後に実施する透水・トレーサー試験の方法を検討した。また堆積岩が分布する広域的なスケールでの地下水流動場の評価検討のために、異なる性質のデータを複合的に用い、順解析と逆解析を組合せた水理地質構造モデルの不確実性について検討し、これらのデータの有効性について取りまとめた。

亀裂を有する堆積岩の水理・物質移行評価のためのデータ取得・解析,2

下茂 道人*; 熊本 創*; 唐崎 建二*; 佐藤 久; 澤田 淳

JAEA-Research 2008-101, 70 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-101.pdf:7.03MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における安全評価では、最終処分施設建設地の選定までの各調査段階において、調査地区の特性を把握し、地下水流動及び物質移行モデルの構築や、モデル解析のためのパラメータ設定に適宜反映させることが重要である。従来の研究では、堆積岩における物質移行現象に関しては、粒子間間隙を主な移行経路として考えてきた。しかし、亀裂が発達した堆積岩においては、亀裂が粒子間間隙よりも卓越した水みちを形成する可能性がある。本研究では、亀裂を有する堆積岩の水理・物質移行データを室内試験により拡充するとともに、それらのデータに基づいた数値解析により、パラメータ値の違いが岩盤内の物質移行現象に与える影響を整理した。また、堆積岩が分布する広域的なスケールでの地下水流動場を評価する手法開発の一環として、幌延地域の孔内温度分布データに着目した検討により検討対象としたボーリング孔間に透水係数の低い断層のコア部の存在を推定した。

Hydrogeological characterization for estimation of hydraulic responses due to construction of the Mizunami Underground Research Laboratory

三枝 博光; 下茂 道人*; 熊本 創*; 尾上 博則; 竹内 竜史; 竹内 真司; 大山 卓也

Proceedings of 36th International Association of Hydrogeologists Congress 2008 (IAH 2008) (CD-ROM), 10 Pages, 2008/10

超深地層研究所は、結晶質岩(花崗岩)を主な対象とした深地層の研究施設の一つであり、この計画では、地層処分研究開発の基盤となる深地層の科学的研究の一環として、深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤の整備を全体目標の一つとした調査研究が進められている。超深地層研究所計画における地下水流動特性評価においては、水理調査と水理地質構造モデルの構築,地下水流動解析を繰り返し実施してきた。このモデル化・解析は、地下施設への地下水流入量及び地下施設建設が周辺環境へ与える影響の推定を目的として実施した。その結果、モデル化・解析結果の信頼性向上及び妥当性確認のために必要な水理地質構造などを抽出することができた。また、研究施設建設中の水圧応答データを用いたモデルの妥当性確認及び更新を行った。本稿では、これらの結果について紹介する。

亀裂を有する軟岩の水理・物質移行特性データの取得・解析(委託研究)

下茂 道人*; 熊本 創*; 前川 恵輔

JAEA-Research 2007-016, 141 Pages, 2007/03

JAEA-Research-2007-016.pdf:20.36MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分サイトの性能評価にあたっては、天然バリアを構成する岩盤中における水理・物質移行特性を適切に評価することが重要である。これまで軟岩における物質移行現象は、粒子間間隙を主な移行経路と考えてきた。しかし亀裂が発達した軟岩では、亀裂が卓越した水みちを形成する可能性がある。本研究は、亀裂を有する軟岩中における水理・物質移行特性の解明を目的とし、軟岩試料を対象とした室内試験及び解析を行った。幌延深地層研究センターの試錐孔(HDB-911孔)で採取されたコア試料を対象とした室内試験(透水試験,トレーサー試験,拡散試験)を実施し、深度,地層の種類や年代,続成作用等が試験結果に与える影響を検討した。さらにブロック型の自然亀裂試料を用いた透水試験,トレーサー試験を実施し、試験規模の違いによる水理・物質移行パラメータの変化について検討した。また、実スケールの岩盤を想定した亀裂を有する軟岩中の流れと物質移行現象の概念モデルに関する数値解析的検討を行い、岩盤のモデル化手法に関する考察を行った。なお、本研究は旧核燃料サイクル開発機構の成果である。

孔間水理試験データを用いた地下水流動モデルのキャリブレーション

熊本 創*; 下茂 道人*; 三枝 博光; 尾上 博則

第36回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.287 - 292, 2007/01

http://library.jsce.or.jp/jsce/open/00019/2007/36-0287.pdf

日本原子力研究開発機構では、岐阜県瑞浪市において、地下研究施設建設に伴う地下水流動場への影響予測のための水理地質構造モデルの構築及び地下水流動解析を進めている。筆者等は、これまでに、地表からの探査やボーリング調査結果等に基づき、モデルの構築及び周辺観測井内の定常状態の水頭観測値を用いた水理パラメータの同定を行ってきた。今回、孔間水理試験で得られた非定常データを用い、揚水に対する圧力応答の再現性に着目した、地質構造及び水理パラメータの同定を実施した。その結果、遮水性や透水性を有する断層等の地質構造を反映することで、孔間の圧力応答を再現できた。また、定常観測値によるキャリブレーションでは求められない、比貯留係数の特定が可能であることがわかった。

表層部における堆積軟岩の水理・物質移行特性データの取得

下茂 道人*; 熊本 創*

JNC TJ5410 2005-003, 40 Pages, 2005/03

JNC-TJ5410-2005-003.pdf:2.27MB

幌延深地層研究計画では、安全評価手法の適用性の評価を計画している。安全評価手法の適用性評価にあたっては、地下深部地表にいたる岩石・岩盤の物質移行特性が必要となる。本件は、これまで実施例がない表層部付近の風化岩石の水理・物質移行特性を把握するため、室内透水試験およびトレーサー試験を実施した。その結果、表層部の透水係数は8.010-102.010-9(m/s)程度であり、勇知層・声問層の透水性よりやや大きい値であること、実効拡散係数は1.510-103.510-10(m/s)であり、勇知層・声問層の値とほぼ同等であることがわかった。

亀裂を有する軟岩中の流れと移行現象に関する研究(II) 概要版

下茂 道人*; 熊本 創*

JNC TJ8400 2004-012, 121 Pages, 2004/02

JNC-TJ8400-2004-012.pdf:22.33MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分サイトの性能評価にあたっては、天然バリアを構成する岩盤中における物質移行特性を適切に評価することが重要である。これまでの研究では、軟岩における物質移行現象に関しては、粒子間間隙を主な移行経路として考えてきた。しかし、亀裂が発達した軟岩においては、亀裂が粒子間間隙よりも卓越した水みちを形成する可能性がある。本研究は、亀裂を有する軟岩中における物質移行特性の解明を目的とし、文献調査等により我が国の軟岩の基本物性について整理するとともに、軟岩試料を対象とした室内試験および解析を行なったものである。昨年度の研究では、自然亀裂を有する軟岩コア試料を対象とした室内試験および解析を主に行ない、その結果、昨年度対象試料においては、亀裂内の移流分散が支配的であり、かつマトリクス拡散による遅延効果が大きいことが明らかになった。本年度の研究では、北海道幌延町にある核燃料サイクル開発機構の幌延深地層研究センターの試錐孔(HDB-6号孔、HDB-7号孔)で採取された珪藻質泥岩コア試料を対象とした室内試験(透水試験、トレーサー試験、拡散試験)を実施し、深度、地層の種類や年代、続成作用等が与える影響について、昨年度に取得したデータも含めて検討した。さらに、コア試料よりも比較的スケールの大きいブロック型の岩体試料を用いた透水試験、トレーサー試験を実施し、試験規模の違いによる水理、物質移行パラメータの変化について検討した。また、岩石亀裂部とマトリクス部の物性値の組み合わせに関するパラメータスタディ等を実施し、亀裂を有する軟岩中の流れと物質移行現象の概念モデルに関する数値解析的検討を行い、岩盤のモデル化手法および解析手法に関する考察を行った。

亀裂を有する軟岩中の流れと移行現象に関する研究(概要版)

下茂 道人*; 山本 肇*; 熊本 創*

JNC TJ8400 2003-036, 46 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-036.pdf:0.99MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分サイトの性能評価にあたっては、天然バリアを構成する岩盤中における物質移行特性を適切に評価することが重要である。核燃料サイクル開発機構では、岩盤中の物質移行特性に関し、硬岩(古い時代の堆積岩や結晶質岩)と軟岩(新しい時代の堆積岩)に分けて研究を行ってきた。その中で、軟岩では粒子間間隙を主な移行経路として考えてきた。しかし、亀裂が発達した軟岩においては、亀裂が粒子間間隙よりも卓越した水みちを形成する可能性がある。本研究は、亀裂を有する軟岩中における物質移行特性の解明を目的とし、文献調査等により我が国の軟岩の基本物性について整理するとともに、軟岩コア試料を対象とした室内試験を行なったものである。室内試験では、北海道幌延町にある核燃料サイクル開発機構の幌延深地層研究センターの試錐孔(HDB-4号孔)で採取された珪藻質泥岩コアを試験対象とし、鉱物種/空隙形状に関する観察/分析を行うとともに、埋没深度に伴う岩石構造の変化や深度に伴う封圧の増加の2点に着目して、透水試験及びトレーサー試験を実施し、透水係数ならびに物質移行パラメータ(物質移行開口幅ならびに分散長)の変化を調べた。また、岩石マトリクス部の拡散係数を実測した。本試験結果により、既存データの極めて少ない泥岩における物質移行パラメータを求めることができた。これは、亀裂を有する堆積岩内の物質移行概念モデルを構築する上で貴重なデータとなる。

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。