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。

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。

珪質岩盤中の坑道掘削に伴う水-応力連成挙動に関する数値解析的検討

真田 祐幸; 松井 裕哉; 山本 卓也*; 青木 智幸*; 小川 豊和*; 城 まゆみ*; 藤井 義明*

平成19年度資源・素材学会北海道支部総会及び春季講演会講演要旨集, p.9 - 10, 2007/06

現在、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、北海道幌延町で幌延深地層研究計画と称する地下研究施設(掘削深度500m)の建設を伴う研究プロジェクトを進めている。この地下研究施設周辺に分布する岩石は、多孔質でかつ低透水性であるという特徴を有する。このため、岩盤中に坑道を掘削すると、坑道周辺岩盤中に大きな過剰間隙水圧が生じ、坑道周辺の岩盤が不安定になる可能性がある。本研究では、このような水-応力の連成挙動が周辺岩盤及び支保に与える影響を数値解析により検討した。その結果、等方圧でない場合は、坑道奥部に過剰間隙水圧が発生し、かつその消散がゆっくり進むことにより長期に渡る特徴的な坑道の変形が生じる可能性が示唆された。一方、支保工の耐力は発生支保応力に対し、十分な裕度があることがわかった。

幌延岩石コアの拘束圧下における弾性波速度測定

小川 豊和*; 松井 裕哉

JNC TN8400 2005-011, 157 Pages, 2005/02

JNC-TN8400-2005-011.pdf:181.57MB

核燃料サイクル開発機構幌延深地層研究センターでは、堆積岩を対象に高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発を進めている。平成15年度の試錐調査では、地質環境データを取得するため3孔(HDB-6、7、8)掘削した。この技術資料では、HDB-6孔から採取した岩石コアを用いて実施した、拘束圧下における弾性波速度測定結果を報告する。室内試験結果より明らかとなった主な事項は以下の通りである。1.岩石コアの基本的な物性は既存の測定値と整合的である。また湿潤状態の試料を乾燥させると、P波速度は最初減少傾向を示すが、飽和度が減少するにつれて徐々に増加して乾燥状態の速度に近づく。よって、試料は断面積方向に一様に乾燥していると考えられる。2.幌延における堆積岩の弾性波速度特性は、圧力依存性を有することが示唆された。せん断剛性は間隙の飽和条件が(湿潤状態から乾燥状態へ)変化しても変わらない。水平コアを用いた異方性についての試験では、水平方向の速度が鉛直方向より大きくなる傾向が見られた。封圧の加圧・除圧を繰り返した場合、弾性波速度には顕著な影響がないものの、空隙率にはある程度のヒステリシスが見られた。継続的な調査が必要である。3.岩石コアを用いた湿潤状態での速度測定結果を、実用的には原位置での測定結果の検討に使用して差し支えない。

スウェーデンにおけるサイト調査(調査法・実施プログラム) -SKBテクニカルレポートTR01-29-

小川 豊和; 内田 雅大

JNC TN8510 2003-001, 249 Pages, 2004/03

JNC-TN8510-2003-001.pdf:77.87MB

サイト調査(調査法・実施プログラム)に関するSKBのテクニカルレポートTR01-29を対象として、地下研究施設を対象とした調査プログラムの考え方や実施内容の参考とするため、翻訳版を作成した。資料では、サイト調査全体の考え方と、水理・化学・物質移行・表層生態系の実施プログラムについて翻訳している。

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。