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報告書

ニアフィールドの長期力学連成解析手法の構築,2

齋藤 雄也; 棚井 憲治; 高治 一彦*; 重野 善政*; 下河内 隆文*

JAEA-Research 2009-065, 76 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-065.pdf:23.92MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における人工バリア設計や安全評価においては、緩衝材の長期力学的挙動に影響を及ぼす事象を適切に評価することが重要となる。原子力機構では、ニアフィールドにおける長期的な力学的相互作用を評価するために、人工バリア,処分坑道,周辺岩盤を含む3次元有限要素解析モデルを用いて、オーバーパックの自重沈下,腐食膨張及び岩盤クリープ挙動を考慮することができる連成解析手法を構築した。また、コンクリート支保の劣化挙動モデルを解析プログラムに導入し、動作確認及び妥当性の検証を実施した。本稿では、これまでの検討で残された課題である、(1)埋め戻し材の力学パラメータの取得及び構成モデルの検討,(2)コンクリート支保劣化モデルの3次元プロトタイプへの導入,(3)3次元有限要素解析モデルにおける解析メッシュの分割粗さ及び時間刻みの影響について検討した。(1)では、埋め戻し材を対象とした圧密試験を実施し、供試体成型圧に近い圧密降伏応力を有すること、緩衝材と同様に除荷・再載荷過程においてヒステリシスを示すことが確認された。(2)においては、コンクリート支保劣化がニアフィールド全体の力学挙動に大きな影響を及ぼすことを確認した。(3)においては、3次元有限要素解析においてメッシュ分割粗さが解析結果(特に岩盤の応力分布)に影響を有することが確認された。

報告書

ニアフィールドの長期力学連成解析手法の構築

西村 繭果; 棚井 憲治; 高治 一彦*; 重野 喜政*; 下河内 隆文*

JAEA-Research 2007-004, 87 Pages, 2007/03

JAEA-Research-2007-004.pdf:14.61MB

本稿ニアフィールドにおける力学的相互作用を評価する連成解析手法を構築した。連成解析モデルは、人工バリア,処分坑道,周辺岩盤を含む3次元解析モデルで、オーバーパックの自重沈下,腐食膨張及び岩盤クリープ挙動を考慮してニアフィールドの力学的挙動を評価する。連成解析モデルへの拡張に際して生じる問題点と新たな課題として、(1)岩盤の力学モデルをコンプライアンス可変型構成方程式として導入,(2)コンクリート支保の劣化挙動モデルの導入,(3)オーバーパックの腐食膨張模擬方法の検討,(4)岩盤内水圧挙動の影響検討、及び(5)埋め戻し材の構成モデルパラメータの設定を行い、これらの成果を反映して連成解析のプロトタイプを作成した。作成したプロトタイプによる解析を行った結果、従来の2次元モデルの解析結果と比べて、岩盤及び埋め戻し材モデルの挙動や拘束条件を適切に反映した挙動を示しており、本解析手法により、ニアフィールド全体の力学挙動を把握できることが示された。

報告書

緩衝材長期力学挙動評価モデルのパラメータ設定に関する検討

西村 繭果; 棚井 憲治; 高治 一彦*; 平井 卓*; 白武 寿和*

JAEA-Research 2006-036, 82 Pages, 2006/06

JAEA-Research-2006-036.pdf:4.09MB

本書では、関口-太田モデル及び足立-岡モデルのパラメータ設定について行ってきた検討結果を整理し、得られた知見を示した。その結果、緩衝材の変形挙動と応力状態の両者を1つのパラメータセットで評価することは困難であるが、それぞれの評価項目に適切なパラメータを選択して用いることにより、緩衝材の力学挙動を再現することが可能であることを示した。また、緩衝材の長期変形挙動において重要となる二次圧密係数については、保守的な設定を行うと同時に、ナチュラルアナログ評価手法によってその値の範囲を提示することにより、過度に保守的な評価に偏らない挙動評価を行うことが可能となった。また、人工バリアの長期挙動評価を行い、自重沈下量を最も大きく見積もるパラメータを用いた計算により、オーバーパックの沈下量の限界値を概略的に示した。

報告書

緩衝材長期力学挙動の信頼性向上

高治 一彦*; 重野 喜政*; 下河内 隆文*; 平井 卓*; 白武 寿和*

JNC TJ8440 2004-011, 200 Pages, 2005/02

JNC-TJ8440-2004-011.pdf:5.05MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分の研究開発において、人工バリアに要求される各機能を確保するには、人工バリアが長期間力学的に安定であることが不可欠であるため、外力に対する緩衝材の力学的変形挙動を精度良く評価することが必要である。 本研究では、選択された2つの構成式(関口-太田モデル、足立-岡モデル)のために設定したパラメータの保守性を長期圧密試験の信頼性を含めて確認するとともに、安全評価上の懸念事項を定量的に評価した。また、外挿評価となる沈下予測に対して、検証の意味で極限値を把握することも重要と考えられることから、ベントナイト鉱床におけるナチュラルアナログ評価によるベントナイトの密度経年変化に基づく沈下量極限値評価もあわせて実施した。次に、海水系地下水環境においても降水系と同様な評価モデルにおいて緩衝材の長期挙動予測が可能かどうかを確認した。さらに、海水系地下水環境において実施予定の幌延深地層研究施設における具体的な原位置試験計画の立案に反映するため、底で実施する予定のオーバーパック腐食膨張影響に関して、幌延岩盤と緩衝材の連成評価を実施し、試験規模などを概略把握した。

報告書

幌延の地下水環境下におけるベントナイト混合材料の力学特性に関する研究(II)

高治 一彦*; 重野 喜政*; 下河内 隆文*

JNC TJ5400 2004-002, 100 Pages, 2005/02

JNC-TJ5400-2004-002.pdf:9.74MB

幌延深地層研究計画では岩盤・緩衝材クリープ試験、坑道閉鎖試験、定置精度確認試験、THMC試験などの原位置試験が計画されている。これら原位置試験は、第2次取りまとめに示された人工バリア設計手法の具体的な地質環境に対する適用性の例示と評価、および人工バリアの長期的な現象理解と予測評価手法の信頼性向上を目的としてる。そこで原位置試験設計におけるベントナイト混合材料の仕様(密度、ケイ砂混合率など)を検討するために、塩水系地下水環境でのベントナイト混合材料の力学挙動に関するデータの取得を平成15年度から開始し、幌延の原位置試験で想定される塩水系地下水環境でのベントナイト混合材料を力学挙動を把握した。また、人工バリアの長期挙動の予測手法の適用性を確認するために、室内試験の結果を用いたオーバーパックの沈下挙動などの解析を実施した。本研究では不飽和状態におけるイチジク圧縮試験や長期圧密試験などを行ない、塩水系地下水環境下における試験データの拡充を行なった。また平成15年度に得られたデータとあわせて人工バリアの長期挙動予測を実施し、予測精度の向上を図った。

報告書

幌延の地下水環境におけるベントナイト混合材料の力学特性に関する研究

高治 一彦*; 重野 喜政*; 下河内 隆文*

JNC TJ5400 2003-007, 120 Pages, 2004/04

JNC-TJ5400-2003-007.pdf:1.76MB

幌延深地層研究計画では岩盤・緩衝材クリープ試験、坑道閉鎖試験、定置精度確認試験、T-H-M-C試験などの原位置試験が計画されている。これら原位置試験は、第2次取りまとめに示された人工バリア設計手法の具体的な地質環境に対する適用性の例示と評価、および人工バリアの長期的な現象理解と予測評価手法の信頼性向上を目的としている。そこで原位置試験設計におけるベントナイト混合材料の仕様(圧密度、ケイ砂混合率など)を検討するために、幌延の地下水を模擬した人工地下水やNaCl水溶液を用いた室内試験を実施し、幌延の原位置試験位置で想定される海水系地下水環境でのベントナイト混合材料の力学挙動を把握した。また、人工バリアの長期挙動の予測手法の適用性を確認するために、室内試験の結果を用いたオーバーパックの沈下挙動などの解析を実施した。

報告書

緩衝材長期力学挙動評価モデルの検討

平井 卓; 棚井 憲治; 菊池 広人*; 重野 喜政*; 並河 努*; 高治 一彦*; 大沼 敏*

JNC TN8400 2003-034, 158 Pages, 2004/02

JNC-TN8400-2003-034.pdf:5.26MB

緩衝材に求められるオーバーパック支持性能や応力緩衝性能に関しては、「第2次取りまとめ」において、設定された仕様の人工バリアに対する安定性やオーバーパック作用応力の評価を行った。しかし、評価解析に用いられた長期挙動評価モデルは一般の粘性土における実績やパラメータ設定の容易さにより選定されており、膨張性のあるベントナイトを用いた緩衝材への適用性に関して十分な検討がなされていなかった。そこで、既存の評価モデルより緩衝材への適用性の高いモデルを再抽出するとともに、緩衝材の支持性能や応力緩衝性能に関する再評価をすることが必要と考えた。そこで、最初に一般の粘性土の力学挙動評価に対して実績のある既存の評価モデルを体系的に分類した後、適用性が高いモデル抽出した。次に緩衝材の室内要素試験結果を各モデルを用いてシミュレーション解析を実施し、抽出モデルの適用性検討とパラメータ選定を実施した。最後に、これらのモデルとパラメータを用いて、人工バリア中のオーバーパックの自重沈下とオーバーパックの腐食膨張の影響を解析により再評価した。その結果、抽出された関口-太田モデルと足立-岡モデルは、ほぼ同一の評価精度を有していることやモデルのパラメータは、圧密試験と三軸圧縮試験を同時に精度良く評価できるものを選定することが困難であり、人工バリア中の緩衝材の挙動を評価するためには、2種類のパラメータセットが必要なことなどが分かった。

報告書

緩衝材のオーバーパック支持力性能に関する検討

平井 卓; 棚井 憲治; 菊池 広人*; 高治 一彦*; 大沼 敏*

JNC TN8400 2003-031, 48 Pages, 2004/02

JNC-TN8400-2003-031.pdf:2.22MB

緩衝材に求められるオーバーパック支持性能や応力緩衝性能に関しては、「第2次取りまとめ」において、設定された仕様の人工バリアに対する安定性やオーバーパック作用応力の評価を行っている。しかし、設定された仕様の安全裕度や設計根拠については必ずしも明確ではない。そこで、安全裕度や設計根拠を明確にするために、人工バリアにおける緩衝材中でオーバーパックが変形する場合の作用荷重と変形の関係や破壊に至るような極限荷重が存在するかなどについて、縮小模型試験と解析を用いた検討を実施した。検討の結果、オーバーパックの円筒軸方向の変形の増加に対して、作用荷重の増加は減少する傾向にあるものの、周辺の岩盤など剛性の高い境界による緩衝材の拘束効果により明確な極限荷重は現れず、変形が大きくなれば変形量と作用荷重の関係を関数で近似できることが明らかになった。

報告書

緩衝材長期力学挙動構成モデルの検討(III)

高治 一彦*; 重野 喜政*; 下河内 隆文*; 白武 寿和*; 田村 博邦*

JNC TJ8440 2003-007, 218 Pages, 2004/02

JNC-TJ8440-2003-007.pdf:4.43MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分の研究開発において、人工バリアに要求される各機能を確保するには、人工バリアが長期間力学的に安定であることが不可欠である。処分場閉鎖後において、人工バリアを形成する緩衝材には、種々の外力が長期間作用すると考えられる。人工バリアの性能評価を精度よく実施するためには、これらの外力に対する緩衝材の力学的変形挙動を精度よく評価することが必要である。本研究では、選択された2つの構成式(関口-太田モデル、足立-岡モデル)のために設定されたいくつかのパラメータを用いて、要素試験、模型試験のシミュレーションを行い、構成式およびこれらのパラメータの適用性を検討した。また、これらのパラメータを用いた人工バリアのシミュレーション解析を実施し、長期力学的挙動評価を行った。解析では、オーバーパックの沈下量、緩衝材の応力状態、岩盤への反力等を評価し、長期にわたって人工バリアは力学的に安定である結果を得た。次に、解析モデルおよび解析結果を傍証するために、スメクタイト層などの堆積年代、力学履歴などについて文献調査を行い、ナチュラルアナログ的検証方法について概略計画を立案し、凍結サンプリングの適用性について予備的検討を行った。

口頭

緩衝材及び岩盤の力学連成挙動解析

高治 一彦*; 重野 喜政*; 棚井 憲治; 西村 繭果

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物地層処分において、オーバーパックの自重沈下と腐食膨張,岩盤のクリープ変形による緩衝材及び岩盤の力学的な相互作用が評価可能なニアフィールド3次元力学連成解析モデルの開発,試解析を行った。

口頭

コンクリート支保の劣化を考慮したニアフィールドの長期力学的挙動の検討,1; コンクリート支保劣化の力学モデル

重野 喜政*; 高治 一彦*; 西村 繭果*; 棚井 憲治

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物処分におけるニアフィールドの力学的挙動評価手法においては、緩衝材挙動にオーバーパックの腐食膨張,自重沈下及び周辺岩盤のクリープ変形や埋め戻し材挙動を加えて力学的に連成させたニアフィールド連成解析手法の構築を行っている。本稿では、支保劣化による力学的影響を考慮するため、新たにコンクリート支保の劣化に対応する力学モデルを開発した。コンクリートの劣化モデルには、時間依存性弾塑性モデルであるFlow surface modelを用いた。降伏関数としてTrescaモデルを用いた処分坑道横置き方式の解析では、劣化に伴う軟化を表現できることが確認できた。

口頭

コンクリート支保の劣化を考慮したニアフィールドの長期力学的挙動の検討,2; 処分孔竪置き方式における解析的検討

西村 繭果*; 重野 喜政*; 高治 一彦*; 棚井 憲治

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物処分におけるニアフィールドの力学的挙動評価手法においては、緩衝材挙動にオーバーパックの腐食膨張,自重沈下及び周辺岩盤のクリープ変形や埋め戻し材挙動を加えて力学的に連成させたニアフィールド連成解析手法の構築を行っている。本稿では、その1で構築したコンクリート支保の劣化モデルを用いて、処分孔竪置き方式における解析的検討を行った。その結果、支保の降伏後の挙動が岩盤や緩衝材,埋め戻し材の変形や応力状態に顕著な影響を及ぼすことが明らかとなった。このことより、ニアフィールドの力学的挙動評価においては、支保の劣化挙動を適切にモデル化することが重要であることが確認された。

口頭

緩衝材/侵入現象,2; 緩衝材侵入現象の解析的検討

高治 一彦*; 稲葉 薫*; 松本 一浩; 藤田 朝雄

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の地層処分研究において、人工バリアの物理的安定性に影響を及ぼす事象の一つに、周辺岩盤亀裂への緩衝材の流出/侵入現象が考えられている。長期にわたる周辺岩盤亀裂への緩衝材の流出/侵入現象に伴う緩衝材密度低下を評価するためには、現象に即したモデルの構築と適切なパラメータの設定が重要である。本研究では実験データに基づいた予測評価手法の構築と、最新の実験結果を対象としたシミュレーションによるモデルの適用性の確認を行い、既往の予測評価手法の最適化に向けた課題抽出を行った。

口頭

重量コンクリート強度に関する実験的検討,1; 目的および実験概要

小島 一樹; 小嶋 慶大; 藤田 将輝; 橋村 宏彦; 高治 一彦*; 前中 敏信*

no journal, , 

原子力施設において、遮蔽機能が要求される部位に密度が大きい重量コンクリートが打設されている箇所がある。重量コンクリートは骨材として鉄鉱石等が用いられることが一般的で、健全性評価等に用いるコンクリートのコアサンプリング時の鉄筋探査が困難であり、鉄筋を切断する等の躯体への影響が懸念される。このため、重量コンクリートの健全性を評価する手法として、躯体への影響が少ない非破壊や微破壊による手法の確立が望まれている。その中で、微破壊試験の1つである小径コアについて、普通コンクリートに比べ、重量コンクリートのデータは少ない。また、重量コンクリートの場合、削孔時に骨材(鉄鉱石等)の振動等によってモルタルとの界面が損傷を受け、強度が低下する可能性も考えられる。そこで、重量コンクリートのコア強度データ拡充を目的とし、コア径、トルク及び削孔速度をパラメータとしてコアサンプリングを行い、圧縮試験によりその影響を把握した。(その1)ではコアサンプリング結果を報告する。

口頭

重量コンクリート強度に関する実験的検討,2; 強度評価

小島 一樹; 藤田 将輝; 中西 龍二; 瓜生 満; 高治 一彦*; 前中 敏信*

no journal, , 

原子力施設において、遮蔽機能が要求される部位に密度が大きい重量コンクリートが打設されている箇所がある。重量コンクリートは骨材として鉄鉱石等が用いられることが一般的で、健全性評価等に用いるコンクリートのコアサンプリング時の鉄筋探査が困難であり、鉄筋を切断する等の躯体への影響が懸念される。このため、重量コンクリートの健全性を評価する手法として、躯体への影響が少ない非破壊や微破壊による手法の確立が望まれている。その中で、微破壊試験の1つである小径コアについて、普通コンクリートに比べ、重量コンクリートのデータは少ない。また、重量コンクリートの場合、削孔時に骨材(鉄鉱石等)の振動等によってモルタルとの界面が損傷を受け、強度が低下する可能性も考えられる。そこで、重量コンクリートのコア強度データ拡充を目的とし、コア径、トルク及び削孔速度をパラメータとしてコアサンプリングを行い、圧縮試験によりその影響を把握した。(その2)では、トルク一定で採取したコア供試体の圧縮強度および弾性係数について考察を報告する。

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