3次元応力場同定手法の高度化に関する研究(委託研究)

水田 義明*; 金子 勝比古*; 松木 浩二*; 菅原 勝彦*; 須藤 茂昭*; 平野 享; 丹野 剛男; 松井 裕哉

JAEA-Research 2010-011, 35 Pages, 2010/06

JAEA-Research-2010-011.pdf:4.42MB

坑道掘削において3次元場における岩盤の初期応力を精度よく把握するには、広範囲の地質条件の不確定要素や不均一性などを扱わずに済む、坑道位置での調査が望ましい。しかしながら、地層処分の場合のように数平方kmスケールの地下構造物を建設するとなると、坑道位置での多数の調査を行うことは経済的に困難と考えられる。そこで、限られた数のボーリング孔の掘削による調査結果を用いて、任意地点の初期応力を予測する手法の開発が課題とされた。本報告書は、この課題の解決を目的として2004年度から2006年度まで、核燃料サイクル開発機構(現;日本原子力研究開発機構)が社団法人資源・素材学会に委託した「3次元応力場同定手法の高度化に関する研究」について成果をとりまとめたものである。本委託研究では初期応力評価の例題として東濃地域を取り上げた。はじめに数km数kmの領域の数値モデルを作成し、その領域内で実施した初期応力測定結果を拘束条件とする逆解析を行った。逆解析により領域内の広域応力・広域ひずみが得られ、これを用いた順解析は同領域内の任意地点の初期応力の平均的状態をおおむね予測していることを確認した。

傾斜計を用いた地下水流動評価法の開発とモデル解析

中谷 勝哉*; 松木 浩二*; 新井 孝志*; 大村 一夫*; 竹内 真司; 荒井 靖; 堀本 誠記*

Journal of MMIJ, 123(1), p.17 - 25, 2007/01

https://doi.org/10.2473/journalofmmij.123.17

Vascoほかの手法を改良して、傾斜データから地下水流動を推定する新たな手法を開発した。本手法の特徴は、(1)単位岩石体積あたりの地下水の体積変化(以下、単に地下水の体積変化と呼び、vと表す)やSkempton係数Bを要素内で一定としているVascoらの方法に対し、より詳細なvの空間分布を求めるため、要素内の任意点におけるvとBを各要素の節点の値から線形又は二次に内挿すること、(2)地下水の体積変化領域を明瞭に定義するため、設定した地下水の体積変化領域の境界においてvを0とすること、さらに、(3)解を得るための地表面傾斜量の二乗誤差に付加する拘束条件として、Vascoらの用いたvの1階偏微分の二乗和の代わりにvの2階偏微分の二乗和を用いることにある。この手法で線形に内挿する方法をInversion1, 二次に内挿する方法をInversion2と呼ぶ。はじめに手法の妥当性を確認するための注水解析を2つのモデルを用いて実施した。その結果、ゆっくり注水を行った場合(Model 1)は、Inversion1, 2とも理論解と整合し、Vascoほかの手法に比べて正確に地下水の体積変化を表現できることがわかった。一方、急激な注水を実施した場合(Model 2)の体積変化はInversion1, 2とも理論解を再現しなかった。これは解析的にvを決定するための要素数に比べて、実測値が少ないことが原因と考えられる。解析領域Vの大きさがvに与える影響について検討した。その結果、領域Vの大きさが2つの解析方法に与える影響は少ないことがわかった。解析の初期段階では領域Vは広い領域を設定してInversion1もしくはIversion2の解析を実施することが有利であることを示した。

Hydrogeological conceptual model determined from baseline and construction phase groundwater pressure and surface tiltmeter data at the Mizunami Underground Research Laboratory, Japan

竹内 真司; 竹内 竜史; Salden, W.*; 三枝 博光; 新井 孝志*; 松木 浩二*

Proceedings of 11th International Conference on Environmental Remediation and Radioactive Waste Management (ICEM '07) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/00

https://doi.org/10.1115/ICEM2007-7141

瑞浪超深地層研究所計画において、研究坑道の掘削前から掘削中において計測した地下水水圧及び地表傾斜データを用いて水理地質構造の概念モデルを構築した。その結果、地表からの調査段階で2本の立坑間に予測した地下水流動に対する遮水性断層の存在を、研究坑道掘削中の上記モニタリングデータ等の解析によって確認した。

3次元応力場の同定手法に関する研究(その3)

水田 義明*; 金子 勝比古*; 松木 浩二*; 菅原 勝彦*; 須藤 茂韶*

JNC TJ7400 2004-011, 125 Pages, 2004/02

JNC-TJ7400-2004-011.pdf:11.26MB

本委託研究の目的は、ある領域内の数箇所の試錐孔で得られた初期応力測定結果およびその領域の3次元地質構造に基づいて、3次元領域内の初期応力分布を評価し得る解析手法の確立を目的としている。この目的に到達すべく、平成13年度は研究対象領域および研究の進め方に関する方針など全体研究計画の検討を行い(水田、2002)、平成14年度は核燃料サイクル開発機構から提供される既存データの収集・整理に関する相互理解と各委員のモデルにそれらを取り組むためのすり合わせが行われた。また、平成14年度においては、以下に述べる具体的な研究成果についての報告がなされた(水田ほか、2003)。まず、不均質モデルの逆解析における問題点が明らかにされた。つぎに、東濃鉱山・正馬様用地およびその周辺を対象領域として、有限要素法および有限差分法を用いて、与えられた地質データを取り込んだ三種類のモデルが構築された。また、境界要素法を用いたモデルの構築に備えて、不均質モデルに対する3次元境界要素法解析コードの開発が行われた。本委託研究の最終年度である平成15年度は、平成15年度(2003年度)9月と11月および平成16年度(2004年)1月にそれぞれ1回ずつ研究委員会を開催し、第1回委員会においては、花崗岩とその上部堆積層との境界面など、既存データから得られるできる限りの高精度化と、それを取り込んだ各モデルの構築に関する打ち合わせが行われた。第2回委員会においては、各委員による研究成果の中間報告が行われ、第3回委員会において今年度の研究成果の概要について報告がなされた。また3次元モデルの今度の高精度化についての検討が行なわれた。平成14年度におけるモデルとの違いに注目して、各委員による研究内容を以下に要約する。有限要素法による小領域モデル解析においては、東濃鉱山だけでなく、正馬様および東濃鉱山・正馬様についても、3層モデルが構築され、それぞれのモデルに対する広域ひずみが解析された。また、実測データとのよい合致を得るために花崗岩を上部と下部に分けた修正モデルに対しても広域ひずみが求められた。・・・

花崗岩における岩盤工学に関する調査試験研究; 平成3年度

関本 善則*; 山下 秀*; 石島 洋二*; 江崎 哲郎*; 松木 浩二*

PNC TJ1559 92-002, 112 Pages, 1992/03

PNC-TJ1559-92-002.pdf:2.96MB

本研究は、岩盤物性と地殻応力に関する研究の一環として、結晶質岩系の花崗岩についての岩盤工学の基礎的研究、すなわち岩盤応力、岩盤の長期安定性および岩盤割れ目の透水性の変化に関する、原位置(釜石原位置試験場)や室内での試験に基づく、基礎的・理論的研究を行うものである。初年度である本年度は、原位置および室内での諸試験に基づき、以下のような研究成果を得た。「岩盤割れ目の透水性の変化に関する研究」では、釜石原位置試験場に分布する割れ目に対してグラウト試験を行い、割れ目湧水の止水に有効なグラウト材を選定し、割れ目内水みちへのグラウト材の伝播様式を検討した。「岩盤の長期安定性に関する力学的物性試験」では、釜石原位置試験場から採取したサンプルを用いて岩石試験を行い、強度の寸法効果やクリープ特性のばらつきを明らかにした。「坑道周辺岩盤の力学的状況の精密調査」では、釜石原位置試験場の坑道周辺での地圧測定や弾性波速度測定を行い、坑道とその周辺岩盤内の地圧分布を明らかにするとともに割れ目の存在による弾性波速度の異方性の程度を明らかにした。「単一不連続面のShear-Flow Coupling特性試験」では、人工割れ目と釜石原位置試験場から採取した自然割れ目の、せん断変位と透水性の関係について、室内試験により明らかにした。最後に「ボーリングコアを用いた高信頼性三次元地圧計測法の開発」では、釜石原位置試験場から採取したボーリングコアを用いて、4つの方法による地圧計測を行い、それぞれの方法の理論的検討等を行った。

Evaluation of groundwater flow during excavation of shafts by inversion of tilt data

松木 浩二*; 中谷 勝哉*; 新井 孝志*; 大村 一夫*; 竹内 竜史; 荒井 靖*; 竹内 真司

no journal, , 

本研究では、まず、地表面傾斜量から地下水流動を評価する方法としてVascoらによって提案された方法をもとにその問題点を修正し、傾斜データを逆解析することで地下水流動をより正確に評価する新しい手法の開発を行い、次に、同方法の有効性を検証するために、モデル解析を行った後、超深地層研究所建設用地における立坑掘削に伴う岩盤傾斜量を測定し、観測データを用いて地下水流動の解析を行い、同地区の水理学的構造の評価を行うとともに従来の知見と比較検討した。

三次元応力場同定手法の高度化に関する研究の概要

中間 茂雄; 佐藤 稔紀; 金子 勝比古*; 松木 浩二*; 菅原 勝彦*; 水田 義明*

no journal, , 

自然状態の岩盤に作用している「初期応力」は、おもに岩盤の自重によって生じる重力起因の応力に加え、地形・地質構造・地殻変動などの影響によって生じる地殻構造的な応力が加わり、地域性のある複雑な三次元応力状態にある。一般に、初期応力はボーリング孔もしくはボーリングコアを用いた測定によりポイントデータとして得られるのが普通である。ここで、ある広がりをもった領域の三次元応力状態を求めるためには、複数のボーリング孔の数多くのポイントで初期応力測定を行うことが考えられるが、すべての知りたい地点で数多くの初期応力測定を行うことは現実的ではなく、いかに少ない測定データから広領域の三次元応力場を把握するかが課題となる。本研究は、この課題を解決するために、ある領域内の数箇所のボーリング孔で得られた初期応力測定結果及びその領域の三次元地質構造に基づいて、三次元領域内の初期応力分布を評価し得る解析手法を確立することを目的として実施した。

地表傾斜データを用いた水理地質構造の推定手法の有効性について

大山 卓也; 竹内 竜史; 三枝 博光; 尾上 博則; 松木 浩二*

no journal, , 

筆者らは、地表付近における調査や観測により、ボーリング孔で得られる情報を補完する手法の1つとして、地下空洞の掘削などによる人為的な地下水流動場の変化に伴う地表での傾斜変化を観測し、地下深部の地下水流動に影響を与える水理地質構造を逆解析により推定する手法を開発している。国の深地層の研究施設の1つである瑞浪超深地層研究所用地内に設置した傾斜計を用いて、研究坑道の掘削によって生じる地表の傾斜量を把握し、本研究で開発した解析手法により岩盤の体積変化を推定した。さらに、解析結果と瑞浪超深地層研究所用地内外のボーリング孔で実施してきた長期水圧モニタリング等で取得した水圧変化データに基づき結果を比較検討し、水理地質構造の推定に対する本手法の有効性を評価した。