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高治 一彦; 三浦 一彦*; 田部井 和人*; 納多 勝*; 杉江 茂彦*; 高橋 真一*
サイクル機構技報, (5), p.27 - 36, 1999/12
高レベル廃棄物処分場において、ガラス固化体、オーバーパック、緩衝材および周辺岩盤からなるニアフィールド環境が、長期に亘って力学的安定性を維持しうるかどうかを確認することは、安全評価上重要である。ここでは、想定される種々の現象のうち、岩盤クリープ変形、オーバーパックの腐食膨張、沈下現象を対象としたニアフィールド環境の安定性について、解析的検討を行った。その結果、今回設定した条件下では10,000年を経過してもその安定性に有意な影響を及ぼさないことが示された。
高治 一彦; 杉野 弘幸
JNC TN8400 99-043, 52 Pages, 1999/11
処分場地下施設の建設時には、坑道の掘削にともなって岩盤に応力再分配が起こる。また、オーバーパックおよび緩衝材の定置後から、緩衝材の膨潤、オーバーパックの自重沈下、腐食膨張変形、岩盤のクリープ変形等が発生し、それらの現象が相互に作用することにより、緩衝材や坑道周辺岩盤の応力状態が経時的に変化することが考えられる。これらの応力状態の変化が緩衝材、岩盤に与える影響を確認することが安全評価上、また人工バリアの仕様設定上重要であることから、緩衝材、岩盤の安定性に影響を与える可能性のある種々の現象に対して、経時変化や相互作用の程度を把握するために、岩盤クリープ挙動、オーバーパックの腐食膨張による緩衝材におよぼす力学的な影響、オーバーパックの自重による沈下挙動について、各現象の相互作用を考慮しながら個別に解析を実施し、長期構造力学安定性を検討、評価した。その結果、基本ケースとした硬岩系岩盤、軟岩系岩盤については、岩の強度、坑道内部の充填物(ベントナイト)の強度、側圧係数等によって、クリープ変形挙動や応力状態の経時変化、ゆるみ領域の拡大する範囲等が異なることが分かった。また、緩衝材の力学的挙動にはオーバーパックの腐食膨張が支配的であり、オーバーパックの自重沈下や基本ケースとした硬岩系岩盤や軟岩系岩盤のクリープ変形はほとんど影響しなかった。また、オーバーパックの腐食膨張によって、緩衝材はオーバーパック周辺のごく限られた部分が限界状態に近い値を示したが、全体的には安定した状態であることが分かった。
高治 一彦; 谷口 航
JNC TN8400 99-042, 68 Pages, 1999/11
緩衝材には、止水性、自己シール性、核種収着性、熱伝導性、化学的緩衝性、オーバーパック支持性、応力緩衝性等が長期にわたり維持されることが期待されている。これらの機能を比較的満足し得る材料として、天然に産する粘土が注目され、中でも圧縮されたベントナイトは、非常に低い透水性による水の動きの抑制、水の浸潤に伴い膨張し圧縮ベントナイト中の間隙や隣接する岩盤中の割れ目への充填、陽イオン核種を収着する陽イオン交換能を有している等の点で優れており、緩衝材として最も有力であると考えられている。サイクル機構では地層処分研究の一環として、人工バリア技術開発および安全評価の基礎データとするために緩衝材の特性に関する研究を進めている。本報告書は、耐震安定性評価に資するための緩衝材としての圧縮ベントナイトの動的力学特性の把握を目的として、動的三軸試験、弾性波速度の測定、液状化試験についての手順、試験条件、結果および考察についてまとめたものである。動的三軸試験により、せん断剛性および減衰比のせん断ひずみ依存性、力学モデルへの適用等、弾性波速度の測定により、動的三軸試験によって得られた最大せん断剛性の妥当性等、液状化試験により、繰返し載荷による動的強度等を把握することができた。
高治 一彦; 鈴木 英明*
JNC TN8400 99-041, 76 Pages, 1999/11
緩衝材には、止水性、自己シール性、核種収着性、熱伝導性、化学的緩衝性、オーバーパック支持性、応力緩衝性等が長期にわたり維持されることが期待されている。これらの機能を比較的満足し得る材料として、天然に産する粘土が注目され、中でも圧縮されたベントナイトは、非常に低い透水性による水の動きの抑制、水の浸潤に伴い膨張し圧縮ベントナイト中の間隙や隣接する岩盤中の割れ目への充填、陽イオン核種を収着する陽イオン交換能を有している等の点で優れており、緩衝材として最も有力であると考えられている。サイクル機構では地層処分研究の一環として、人工バリア技術開発および安全評価の基礎データとするために緩衝材の特性に関する研究を進めている。本報告書は、緩衝材としての圧縮ベントナイトの力学特性の把握を目的として、圧裂試験、一軸圧縮試験、一次元圧密試験、圧密非排水三軸試験、圧密非排水三軸クリープ試験についての手順、試験条件、結果および考察について、これまで取得されていなかった物性や、既報を補完するための追加試験等に関してまとめたものである。圧裂試験結果よりケイ砂混合率、乾燥密度と引張強度の関係等、一軸圧縮試験結果より含水比、乾燥密度と一軸圧縮強度、弾性係数の関係等、一次元圧密試験結果より圧密応力と間隙比の関係等、圧密非排水三軸試験結果より有効拘束圧毎の応力経路等、圧密非排水三軸クリープ試験より、載荷応力毎のひずみ速度の経時変化等を把握することができた。
谷口 航; 高治 一彦; 御子柴 正*; 森 康二*
JNC TN8400 99-055, 168 Pages, 1999/09
わが国のように地震の多い地質環境条件下における地層処分では、人工バリアシステムの健全性を保つために、人工バリアシステムの耐震性評価が必要である。本研究は、地層処分システムにおける人工バリアシステムの耐震性を、工学規模の振動実験により確認評価するとともに、人工バリアの耐震性評価手法の確立を図るもので、科学技術庁・防災科学技術研究所と核燃料サイクル開発機構(旧、動力炉・核燃料開発事業団)が共同で、平成4年度から実施しているものである。本報告書は、第1報の「深部地下空洞および内部構造物の研究(---動力炉・核燃料開発事業団および防災科学技術研究所との共同研究中間報告---)」に引き続き、中型規模での振動実験、および地震応答解析コード/モデルの開発について、第1報以降(平成6年度以降)に得られた成果をまとめたものである。以下に得られた成果を簡略に示す。(1)振動実験 スイープ加振による試験体の固有振動数の検索により、固有振動数は加振レベルが大きくなるにしたがって小さくなる傾向を示した。実地震波加振では、オーバーパックおよびベントナイトとも各地震波特有な周期に目立った応答はせず、模擬人工バリアは一体となって挙動した。(2)解析コード/モデルの開発 これまでに、緩衝材の応力
ひずみ関係の非線形性を考慮した解析コードの開発を行った。このコードを用いた上記実験の検証解析において、実験結果と解析結果はほぼ一致した。
谷口 航; 高治 一彦; 杉野 弘幸; 森 康二*
JNC TN8400 99-054, 140 Pages, 1999/09
わが国の高レベル放射性廃棄物の地層処分では、人工バリアにおける緩衝材として、粘土の一種であるベントナイトあるいはケイ砂混合ベントナイトを圧縮したものを用いることを検討している。この緩衝材は、長期にわたり力学的に安定で、廃棄体を所定の位置に支持し、かつ放射性物質の移行特性上有意な影響を与えないことが要求されている。力学的安定性に影響を及ぼす要因として、わが国のように地震の多い地質環境条件下における地層処分では、地震による繰返し荷重が考えられる。本報告では、地層処分システムにおける人工バリアの力学的耐震安定性を、主に緩衝材の力学的安定性に着目して、振動方程式に基づく動的解析により評価した。解析に用いたコードは、科学技術庁・防災科学技術研究所との共同研究の一環として、核燃料サイクル開発機構が開発したものである。解析では、仮想の地盤における地下深部での地震動を作成し、入力荷重とした。また、緩衝材の力学的非線形性を考慮するとともに、緩衝材の破壊、廃棄体の移動および人工バリアの動的挙動の把握を目的にした全応力(1相系)解析、および緩衝材の間隙水圧の上昇に着目した有効応力(2相系)解析の双方で行った。解析の結果得られた知見は以下の通りである。(1)全応力(1相系)解析では、緩衝材が地震によりせん断破壊することなく、廃棄体が有意に移動することもないことが分かった。また、人工バリアが地震に対して、周辺岩盤と剛体となって振動挙動するためには、緩衝材-岩盤間の接合面の取り扱いが重要であることが分かった。(2)有効応力解析では、緩衝材中の間隙水圧の上昇は認められなかった。したがって、地震により緩衝材のオーバーパック支持力が損なわれることはないことが分かった。
高治 一彦
動燃技報, (2), p.9 - 17, 1999/03
高レベル放射性廃棄物の処分場において、緩衝材は岩盤とオーバーパックの間に設置されるものであり、現在、Na型ベントナイトを基本材料として設計検討が進められている。緩衝材の設計検討を行うにあたっては、室内試験等から得られたデータにより力学特性を明確にし、様々な角度から評価を行う必要がある。これまでに動燃では、種々の条件下で力学特性データ等の取得を行っている。本報告ではクニゲルV1-100%材料およびクニゲルV1とケイ砂の混合材料について、圧裂試験、一軸圧縮試験、一次元圧密試験、圧密非排水三軸試験、圧密非排水三軸クリープ試験、動的三軸試験の現在まで得られている結果および知見についてとりまとめた。
