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濱 克宏; 岩崎 理代*; 森川 佳太*
JAEA-Technology 2017-015, 45 Pages, 2017/07
JAEA-Technology-2017-015.pdf:16.57MB
日本原子力研究開発機構では、地層処分技術に関する研究開発のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を岐阜県瑞浪市において進めている。物質移動に関する調査研究では、研究坑道周辺の数mから100m程度のブロックスケールを対象にして、岩盤中の物質移動に関わる現象の理解を進めつつ、物質移動に関わるパラメータ値の測定技術および物質移動に関わるモデル化・解析・評価技術を体系的に整備することを目標として実施している。岩石中の微視的な構造が物質移動に果たす役割を評価することを目的として、岩石ブロックサンプル(30cm
30cm20cm)を用いた拡散試験を実施した。拡散試験実施後の岩石ブロックサンプルを切断し、試験後の岩石中でのトレーサーとして添加したウラニンの分布を観察した。その結果、石英などの鉱物では、鉱物粒界や粒内割れ目にウラニンが認められ、一方、特定の鉱物(斜長石)では鉱山物内部にウラニンの分布が確認された。このことは、微小空隙の分布や鉱物分布がウラニンの拡散に影響を与えていることを示すと考えられる。
岩崎 理代*; 濱 克宏; 森川 佳太*; 細谷 真一*
JAEA-Technology 2016-037, 62 Pages, 2017/02
JAEA-Technology-2016-037.pdf:8.69MB
超深地層研究所計画における物質移動に関する調査研究は、研究坑道周辺の数mから100m程度のブロックスケールを対象にして、岩盤中の物質移動に関わる現象の理解を進めつつ、物質移動に関わるパラメータ値の測定技術および物質移動に関わるモデル化、解析、評価技術を体系的に整備することを目標として実施している。物質移動に関する調査研究の一環として、割れ目の地質学的特徴と物質移動に関するパラメータ値の関係の把握を目的とした試験を行った。本報告書は、これらの試験結果について取りまとめたものである。
山下 理代; 濱 克宏; 竹内 竜史; 森川 佳太*; 細谷 真一*; 中村 敏明*; 田中 由美子*
JAEA-Technology 2014-029, 118 Pages, 2014/09
JAEA-Technology-2014-029.pdf:25.16MB
物質移動に関する調査研究では、岩盤中の物質移動に関わる現象の理解を進めつつ、物質移動に関するパラメータ値の測定技術および物質移動に関わるモデル化・解析・評価技術を体系的に整備することを目標としている。岩石試料を用いた拡散試験は、本研究の一環として割れ目の地質学的特徴と物質移動に関するパラメータ値の関係の把握などを目的として計画したものである。本報告では、これらの拡散試験の開始に先立ち実施した岩石ブロックを用いた拡散試験環境の整備と透過拡散試験に用いる試料の作成について、そして数値解析に用いるパラメータ値の取得のために実施した間隙率測定結果およびX線回析分析結果を取りまとめたものである。
濱 克宏; 見掛 信一郎; 西尾 和久; 松岡 稔幸; 石橋 正祐紀; 笹尾 英嗣; 引間 亮一*; 丹野 剛男*; 真田 祐幸; 尾上 博則; et al.
JAEA-Review 2013-050, 114 Pages, 2014/02
JAEA-Review-2013-050.pdf:19.95MB
日本原子力研究開発機構東濃地科学センターでは、「地層処分技術に関する研究開発」のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本計画は、「第1段階;地表からの調査予測研究段階」、「第2段階;研究坑道の掘削を伴う研究段階」、「第3段階;研究坑道を利用した研究段階」の3段階からなり、2012年度は、第2段階および第3段階の調査研究を進めた。本報告書は、2010年度に改定した「超深地層研究所地層科学研究基本計画」に基づいた、超深地層研究所計画の第2段階および第3段階の調査研究のうち2012年度に実施した(1)調査研究、(2)施設建設、(3)共同研究等の成果を取りまとめたものである。
山本 信幸; 岩野 圭太*; 並川 正*; 森川 誠司*; 瀬尾 昭治*; 田部井 和人*; 戸井田 克*; 横田 秀晴
JAEA-Research 2013-003, 252 Pages, 2013/06
JAEA-Research-2013-003.pdf:77.85MB
多数の割れ目を有する岩盤中に坑道を掘削する場合、坑道周辺では割れ目の挙動に起因する力学特性や水理特性の変化が生ずると考えられる。このため、掘削影響領域の評価には割れ目発生等に起因する力学・水理挙動を原位置計測で把握するとともに、割れ目の挙動を考慮できる連成解析による評価が必要となってくる。本研究では、MBCモデル(Micromechanics-Based Continuum model)を用いた水平坑道掘削に伴う3次元力学-水理連成解析の事前・事後解析を実施した。事前解析では、140m調査坑道掘削初期段階において、地上及び地下の調査データを用いた解析を実施した。その結果、MBCモデルによる割れ目の開口と透水係数とがシンクロし、当解析が坑道周辺岩盤の掘削挙動予測に適用可能であることを確認した。事後解析では、140m調査坑道掘削が完了した段階で、事前解析の時点から新たに得られた調査データをもとに初期応力,岩盤力学物性,岩盤水理物性を見直すとともに、割れ目物性に関するデータを追加して解析を実施した。その結果、解析結果は原位置計測結果と力学的にも水理的にも整合がとれ、実現象に近い坑道周辺岩盤の掘削挙動予測が可能であることを確認した。
湯口 貴史; 石橋 正祐紀; 森川 佳太; 國丸 貴紀
JAEA-Data/Code 2013-004, 38 Pages, 2013/06
JAEA-Data-Code-2013-004.pdf:15.49MB
日本原子力研究開発機構東濃地科学研究ユニットでは、「地層処分技術に関する研究開発」のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。超深地層研究所計画は、「第1段階;地表からの調査予測研究段階」、「第2段階;研究坑道の掘削を伴う研究段階」、「第3段階;研究坑道を利用した研究段階」の3段階からなる約20年の計画である。本計画は、「深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤の整備」及び「深地層における工学技術の基盤の整備」を第1段階から第3段階までを通した全体目標として定めている。2005年3月には第1段階の研究を終了し、現在は、第2段階及び第3段階における調査研究を進めている。本研究は第3段階における物質移動に関する調査研究の一環として、2011年度に深度300m研究アクセス坑道において、グラウト材が充填された割れ目(グラウト充填割れ目)を含む岩石試料を採取し、琢磨薄片の作成及び観察を実施した。グラウト材は、深度300m研究アクセス坑道の先行ボーリング時及び坑道掘削時の湧水抑制対策のために、水みちに充填された。このためグラウト充填割れ目は、地下水や物質の移動経路と捉えることが可能である。本報告書はグラウト充填割れ目を含む岩石試料の採取の手法及び琢磨薄片作成・観察結果を取りまとめたものである。
國丸 貴紀; 森川 佳太; 舘 幸男; 久野 義夫*; 細谷 真一*; 下田 紗音子*; 加藤 博康*; 中澤 俊之*; 生瀬 博之*; 久保田 政子*
JAEA-Data/Code 2012-013, 96 Pages, 2012/07
JAEA-Data-Code-2012-013.pdf:7.41MBJAEA-Data-Code-2012-013(errata).pdf:0.13MB
物質移動に関する調査研究では、第3段階の調査研究として、研究坑道周辺の数10m
100m程度のブロックスケールを対象に、物質移動に関する現象の把握、物質移動特性の取得、物質移動モデルの構築・更新に必要な調査・評価技術を体系的に整備することを目標としている。本試験は、上記の一環として、割れ目の特徴と物質移動特性の関係を把握することを目的に、深度300m研究アクセス坑道において掘削したボーリング孔から採取したコアを利用して花崗岩中の拡散試験、粉砕花崗岩への収着試験、水飽和法及び水銀圧入法による間隙率測定を実施した。本報告では、これらの試験結果を取りまとめたものである。
國丸 貴紀; 見掛 信一郎; 西尾 和久; 鶴田 忠彦; 松岡 稔幸; 石橋 正祐紀; 上野 孝志; 徳安 真吾; 大丸 修二; 竹内 竜史; et al.
JAEA-Review 2012-020, 178 Pages, 2012/06
JAEA-Review-2012-020.pdf:33.16MB
日本原子力研究開発機構東濃地科学センターでは、「地層処分技術に関する研究開発」のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本計画は、「第1段階; 地表からの調査予測研究段階」、「第2段階; 研究坑道の掘削を伴う研究段階」、「第3段階; 研究坑道を利用した研究段階」の3段階からなり、2010年度は、第2段階である「研究坑道の掘削を伴う研究段階」を進めるとともに、第3段階(研究坑道を利用した研究段階)の調査研究を開始した。本報告書は、2002年2月に改訂した「超深地層研究所地層科学研究基本計画」に基づき、超深地層研究所計画の第2段階「研究坑道の掘削を伴う研究段階」及び第3段階(研究坑道を利用した研究段階)における2010年度に実施した(1)調査研究、(2)施設建設、(3)共同研究等の成果を取りまとめたものである。
南條 功; 天野 由記; 岩月 輝希; 國丸 貴紀; 村上 裕晃; 細谷 真一*; 森川 佳太
JAEA-Research 2011-048, 162 Pages, 2012/03
JAEA-Research-2011-048.pdf:8.53MBJAEA-Research-2011-048-appendix(CD-ROM)-1.pdf:0.74MBJAEA-Research-2011-048-appendix(CD-ROM)-2.pdf:7.55MBJAEA-Research-2011-048-appendix(CD-ROM)-3.pdf:18.71MBJAEA-Research-2011-048-appendix(CD-ROM)-4.pdf:0.11MBJAEA-Research-2011-048-appendix(CD-ROM)-5.pdf:0.07MBJAEA-Research-2011-048-appendix(CD-ROM)-6.pdf:0.68MB
北海道幌延地域のような低透水性の堆積岩においては、施設建設に伴う地下水の湧水とその水圧・水質変化の相関及びそれらの経時的な変化の観測例が少なく、その観測技術の開発が課題となっている。本研究では、地下施設の建設が周辺地質環境に与える影響を調査するための技術開発を目的として、施設建設過程及び建設後の地下水の間隙水圧と水質(pH,電気伝導度,溶存酸素,酸化還元電位,水温)の同時連続観測が可能なモニタリング装置を新たに製作・設置し、その適用試験を行った。その結果、低透水性並びに溶存ガスを含有する堆積岩環境において、間隙水圧のモニタリング及び原位置の圧力を維持した状態で物理化学パラメータを測定する技術を確立することができた。また、施設建設過程における間隙水圧/水質の変化について評価を行い、間隙水圧の低下が確認された区間においてもpH及び酸化還元状態はほとんど変化していないことが示された。
岩月 輝希; 森川 佳太*; 細谷 真一*; 吉川 英樹
地下水学会誌, 51(3), p.205 - 214, 2009/08
地下水の物理化学パラメータは、金属元素の挙動や物質循環にかかわる重要なパラメータである。しかしながら、その測定では電極の応答性に依存して安定値の取得に長時間を要するとともに、地下水揚水時に溶存ガスの脱ガス等により値が変化する。本研究では、深度約500mの地下水を対象として、原位置及び地上において形状の異なる複数の電極を用いて物理化学パラメータを測定し、各電極の応答性について知見を得るとともに、溶存ガスの脱ガスに伴う物理化学パラメータの変化について補正方法の構築を試みた。測定の結果、地下水揚水時の脱ガスに起因して生じるpHの変化は約0.4であり、脱ガス量を補正することで原位置の値を見積もることができた。また、酸化還元電位は約-100mVであり、おもに二価鉄,硫酸イオンと硫化鉱物,炭酸鉄鉱物の酸化還元反応が支配反応であると考えられた。pHと酸化還元電位にかかわる主要なプロセスを解析する際は、脱ガス量とその成分を把握しpHを補正することにより、誤解釈を防ぐことが重要である。電極の選択に関しては、点状電極よりも面状電極,棒状電極の方がより短時間に酸化還元電位値を取得できることが明らかになった。
森 孝之*; 森川 誠司*; 田部井 和人*; 岩野 圭太*; 中嶌 誠門*
JNC-TJ7400 2005-080, 216 Pages, 2005/03
JNC-TJ7400-2005-080.pdf:35.16MB
超深地層研究所計画(以下、MIU計画)の第1段階における岩盤力学研究では、岩芯やボーリング孔を利用した試験などにより、岩盤の力学特性や初期応力状態を評価して、岩盤力学モデルを構築するとともに、その岩盤力学モデルをもとに坑道掘削に伴う坑道周辺岩盤の挙動を推定し、その結果を坑道の力学的安定性の評価や詳細設計、さらに次段階以降の調査・研究計画の策定に反映することとしている。現在のMIU計画の進捗状況は、第1段階における調査・研究の最終段階となり、来年度からは、研究坑道の掘削施工を通じて調査研究を進める第2段階へと本格的に移行する状況である。そこで、本業務では、第1段階における最新・最終の調査結果を用いてまず、解析モデルの構築を図り、それをもとにMBCモデルによる研究坑道の掘削影響予測解析を実施し、坑道の力学安定性の評価や次段階以降の調査・研究計画の策定のための基礎資料を得る。これらの検討により、得られた知見は以下の通りである。(1)研究所用地内に削孔したMIZ-1号孔の岩芯を用いて、圧裂引張試験で発生した亀裂面に対し、一面せん断試験を行い、掘削に伴い新しく発生する新鮮な亀裂面を想定した力学特性が得られた。(2)MIZ-1号孔の調査データを詳細に検討した結果、岩盤力学特性や亀裂特性を深度別の傾向で分類し、岩盤力学モデルを構築した。(3)MBCモデルによる坑道掘削影響予測解析を行い、立坑・水平坑道では、岩盤等級や掘削損傷領域の有無、水平坑道の展開方向の違い等による周辺岩盤の挙動を検討した結果、岩盤が堅硬であるため、比較的亀裂の開口量が小さいが、水平坑道では、高傾斜亀裂の存在により側壁部の掘削影響が顕著であることが分かった。
森 孝之*; 森川 誠司*; 田部井 和人*; 岩野 圭太*
JNC-TJ7400 2004-006, 58 Pages, 2004/02
JNC-TJ7400-2004-006.pdf:9.51MB
核燃料サイクル開発機構では,超深地層研究所計画(以下,MIU計画)の第1段階における研究として,掘削影響領域の予測解析手法の整備・高度化を進めている。昨年までに,岩盤内の亀裂挙動を考慮できる解析手法の1つであるMBC(Micromechanics Based Continuum Model)解析についても,2次元掘削影響解析を実施してきた。ただし,本解析手法は,通常の有限要素法の掘削解析同様,応力再配分現象のみを捉える解析となっており,発破や機械掘削により生じた掘削損傷領域を考慮していない。そこで,本業務では,MBCモデルを対象に,掘削損傷領域のモデル化手法を確立するとともに,掘削損傷領域を考慮した掘削影響解析を実施し,掘削損傷領域を考慮することによる掘削影響についての検討を行った。得られた知見については以下の通りである。1.MBCモデルで使用する岩盤や亀裂のパラメータについて感度解析を実施し,各パラメータが掘削影響領域に与える影響とその鋭敏性について検証し,亀裂密度と岩盤基質部の弾性係数の影響度が高いことが分かった。2.立坑・横坑断面に対し,掘削損傷領域を考慮した解析ケースを実施した。設定した掘削損傷領域内の亀裂密度を大きくするほど,またその領域を広げるほど,亀裂の開口量は増大し,等価せん断剛性は低減した。3.掘削損傷領域内の亀裂状態に関して,先在亀裂が進展する場合と,新たに坑道壁面平行に亀裂が発生する場合について解析を実施した結果,前者のケースは後者に比して,設定した掘削損傷領域の外へより影響が及ぶ傾向であった。4.以上の結果から,MBCモデルを用いた掘削損傷領域を考慮した掘削影響解析よる研究坑道の詳細検討は可能であることが分かった。また,研究坑道の岩盤挙動の実計測を通して本解析の検証を行うことができると思われる。
森川 佳太*; 岩月 輝希; 細谷 真一*
no journal, ,
本研究では、深度約500mの地下水を対象として、形状の異なる複数の電極を用いて酸化還元電位を測定し、調査における電極選択の考え方を整理した。さらに、地下水中の溶存成分や地上における脱ガス量を計測することで、脱ガスに伴う酸化還元電位の変化とその補正方法について検討した。その結果、電極表面積が小さい点状電極の測定値は、他の電極の測定値よりも高い値となり、表面積の大きな円筒状電極がその他の電極よりも短時間で安定値を取得できることを確認した。したがって、深部地下水の酸化還元電位を測定する際には、使用している電極の特性とその不確実性を理解したうえで、調査に適した電極を選択する必要がある。また、pHと酸化還元電位にかかわる主要なプロセスを解析する際は、脱ガス量とその成分を把握しpHを補正することにより、誤解釈を防ぐことが重要である。
真田 祐幸; 杉田 裕; 國丸 貴紀; 岩野 圭太*; 森川 誠司*; 瀬尾 昭治*; 並川 正*
no journal, ,
原子力機構では、幌延深地層研究所の140m東側調査坑道において、水平坑道の施工と原位置試験を通じ、掘削影響領域の幅・物性変化の程度の把握,掘削影響領域のモデル化,掘削影響評価手法の確立を目的に掘削影響試験を実施している。本報告では、掘削影響領域の幅・物性変化の予測を主な目的として、等価連続体モデルに基づいた岩盤力学-浸透流連成解析プログラムの一種であるMBCモデルを採用し、坑道掘削解析を実施した。弾性解析とMBC解析との比較から、マトリクス部の変位と比べ不連続面の開口量は小さかったが、今回の設定条件では、解析上予想される透水係数の変動は大きく最大で5オーダー程度であった。また、不連続面が開口する領域は水平坑道壁面から奥行き1.5m程度以内であると推定された。今後、実測データと解析結果との対応関係を整理する作業やパラメータを含めた解析モデルの適用性の検討を行う予定である。
南條 功; 國丸 貴紀; 岩月 輝希; 細谷 真一*; 森川 佳太*
no journal, ,
本研究では、地下施設の建設が周辺環境に与える影響を調査するための機器の開発を目的として、施設建設過程及び建設後の地下水の間隙水圧と水質の同時連続観測が可能なモニタリング装置を新たに開発・設置し、その適用試験を行った。観測を行った結果、モニタリング装置内を地下水が循環している間はその区間の間隙水圧がわずかに低下するものの、循環を停止すると同時に間隙水圧は循環前の定常値とほぼ同じ値を示した。このことから、水質連続観測は水圧観測に大きな影響を与えることはなく、実際の調査試験に十分利用できることが確認できた。今後は、東立坑における深度140m以深の掘削に伴う地下水の水圧,水質の変化を立坑からの距離ごとに観測し、地下施設建設が周辺の地下水環境に与える影響を評価するためのデータの蓄積を行っていく。
藪内 聡; 國丸 貴紀; 岩野 圭太*; 森川 誠司*; 並川 正*
no journal, ,
幌延深地層研究所の140m調査坑道において水平坑道の掘削が岩盤の水理特性に与える影響を把握するため、水平坑道壁面から約3m離れた位置で、水平坑道の掘削前から掘削中,掘削後にかけて繰り返しの透水試験や間隙水圧モニタリングを実施した。また、等価連続体モデルを用いた力学-水理の連成による掘削影響解析を実施した。透水試験の結果から、水平坑道の掘削に伴う顕著な変化は認められなかった。また、掘削影響解析により得られた透水係数分布においては、坑道近傍の限られた範囲や特に坑道底盤部に透水係数の増加域が認められた一方、透水試験を実施した場所では水平坑道の掘削を通じて透水係数の変化はなく、原位置試験結果との整合性が認められた。これらの結果から、透水試験区間においては坑道の掘削により透水性に影響を与えると考えられる空隙構造の変形などはほとんど生じていないものと考えられる。これは、140m調査坑道における岩盤力学に関する試験・計測により、岩盤の力学的な性質が明瞭に変化している範囲は坑道壁面から数十cm程度と得られている結果と矛盾しない。一方、間隙水圧モニタリングにおいては、水平坑道の切羽が間隙水圧モニタリング区間側方を掘進する約20日間に間隙水圧は0.20.3MPa程度の低下を示し、掘削影響解析で得られた間隙水圧の挙動は間隙水圧モニタリングによる計測値とよい整合を示した。
森川 佳太; 國丸 貴紀
no journal, ,
本稿では、瑞浪超深地層研究所において実施する第3段階の物質移動特性評価に関する研究計画の概要を報告する。超深地層研究所計画における調査研究は、第1段階の研究を終了し、第2段階の調査研究を実施している。さらに、平成22年度からは、深度300m研究アクセス坑道を利用して第3段階の調査研究を開始した。第3段階の調査研究は国内における地質環境特性を把握するための体系的な調査技術の構築を目的としており、不連続構造の地質学的な特徴と物質移動特性の関係を明らかにするとともに、原位置と室内で得られる物質移行特性を統合する考え方,安全評価を見通した物質移動のモデル化方法を整備する。実施内容として、地質・地質環境や水理特性を把握する調査に加え、室内/原位置による物質移動にかかわるプロセスを対象とした物質移動試験を実施する。さらに、本研究ではこれまでの調査研究と同様に、調査によって取得されるデータに基づく繰り返しアプローチを採用し、物質移動に関するモデル構築,モデル化方法についても開発を行う。
田中 靖治*; 後藤 和幸*; 宮川 公雄*; 佃 十宏*; 五嶋 慶一郎*; 國丸 貴紀; 鶴田 忠彦; 森川 佳太; 湯口 貴史
no journal, ,
電力中央研究所と日本原子力研究開発機構では、それぞれが研究開発を進めている水理・物質移動に関する調査・解析技術に関して、両機関が所有する施設・設備を相互に利用した調査・解析を、共同研究として実施している。本研究の目的は、ボーリング孔を用いた地質学的調査・水理地質学的調査により、物質移動特性評価技術を適用する試験対象領域の特性評価のための基礎データを取得することである。この共同研究の実施内容,結果及び今後の予定について報告を行う。
湯口 貴史; 國丸 貴紀; 森川 佳太; 上原 倫子
no journal, ,
「第3段階における物質移動に関する調査研究計画」の研究目標は、研究坑道周辺の数10mスケールの岩盤を対象にした岩石マトリクスへの拡散や収着などの遅延に寄与する微視的な構造における物質移動特性から、地下水流動に寄与する100mスケールの亀裂構造における物質移動特性までを連続的に評価できるモデルを構築するための調査解析手法の整備である。本発表では、瑞浪超深地層研究所で物質移動調査を実施する意義、及びこれまでの調査研究成果と課題について提示し、これらを踏まえた今後の調査研究計画について報告する。
湯口 貴史; 國丸 貴紀; 森川 佳太; 上原 倫子; 石橋 正祐紀; 吉田 英一*; 田中 靖治*
no journal, ,
超深地層研究所計画の第3段階における物質移動に関する研究では、研究坑道周辺における物質の移動・遅延に関する現象の把握と特性の取得を目的とする。本報告では、結晶質岩中の物質移動の経路となりうる透水性割れ目の岩石学的特徴を明らかにし、物質移動の化学的・物理学的現象を把握するための研究計画について提示する。
