超深地層研究所計画における研究坑道での湧水量計測データ集; 2019年度

尾上 博則; 竹内 竜史

JAEA-Data/Code 2020-015, 22 Pages, 2020/11

JAEA-Data-Code-2020-015.pdf:2.3MB
JAEA-Data-Code-2020-015-appendix(DVD-ROM).zip:2.42MB

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段階からなる。超深地層研究所計画は、「深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤の整備」および「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いる。研究坑道内に湧出する地下水については、超深地層研究所計画の「研究坑道の掘削を伴う研究段階(第2段階)」における岩盤の水理に関する調査研究の一環として計測体制が整備されて計測を開始し、「研究坑道を利用した研究段階(第3段階)」においても、湧水量計測を継続してきたが、2019年度末をもって超深地層研究所計画における研究開発を終了することに伴い、超深地層研究所計画における湧水量計測を終了する。本データ集は、2019年度に実施した研究坑道内での湧水量計測で取得したデータを取りまとめたものである。

地下水管理技術の開発; 報告書

弥富 洋介; 見掛 信一郎; 松井 裕哉

JAEA-Review 2018-004, 42 Pages, 2018/03

JAEA-Review-2018-004.pdf:4.71MB

日本原子力研究開発機構東濃地科学センターの瑞浪超深地層研究所(以下、研究所)では、研究所の研究坑道内に湧出した地下水(湧水)には天然の状態でふっ素, ほう素が含まれており、地上の排水処理設備において放流先河川の環境基準が達成できるようにこれらを除去した後に河川に放流している。また、近年、公共工事において自然由来の重金属等を含む土壌や湧水が発生し、その対策が求められている。このため、排水処理も含めた地下水管理技術は、大規模地下施設の建設や維持管理におけるコスト低減の観点で重要な課題の一つである。このため、「地下水管理技術の開発」として、排水処理等に関する最新の技術的知見を調査し、研究所の湧水処理への適用可能性について考察するとともに、自然由来の地下水汚染や土壌汚染の対策事例を取りまとめた。その結果、環境基準まで除去可能な処理技術は、ふっ素は吸着法や共沈法、ほう素は吸着法であることを確認した。しかし、研究所の湧水は天然の地下水を主体としているものの、掘削工事による浮遊状粒子物質(SS)の発生や坑道安定化のためにセメントを使用しているとともに、地下水中のふっ素とほう素の濃度の違いにより除去率が異なる等、一般的な工業排水等の処理と異なる点があるため、研究所の現行の湧水処理方法である、前工程として凝集沈殿処理によるふっ素及びSSの除去やpH調整後に、ほう素を吸着法により除去する方法は適切であると判断された。

大深度地下における湧水抑制のための岩盤グラウト技術

辻 正邦*

土木クォータリー, Vol.190, p.51 - 74, 2016/05

瑞浪超深地層研究所では、研究坑道掘削時に坑道周辺のプレグラウチングを実施した。特に大深度地下では、高水圧と低透水性岩盤といった既往の実績がほとんどない条件下であることから、グラウチング技術の開発を行いながら坑道掘削を進めてきた。深度500mの研究アクセス南坑道では、プレグラウチングを実施しながら掘削を行い、掘削完了後の一部区間を対象にポストグラウチングの設計施工を実施した。本報告では、プレ及びポストグラウチングの設計、施工実積の概要について紹介するとともに、一連のグラウチングによる大深度地下における湧水抑制効果の評価について報告する。

Evaluation of Coupled Thermo-Hydro-Mechanical Phenomena in the Near Field for Geological Disposal of High-Level Radioactive waste

千々松 正和*; 藤田 朝雄; 杉田 裕; 谷口 航

JNC TN8400 2000-008, 339 Pages, 2000/01

JNC-TN8400-2000-008.pdf:30.96MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分における廃棄体定置後のニアフィールドでは、廃棄体からの放熱、周辺岩盤から人工バリアへの地下水の浸入、地下水の浸入による緩衝材の膨潤圧の発生、周辺岩盤の応力変化などの現象が相互に影響することが予想される。このような、熱-水-応力連成現象を評価することは、ニアフィールド環境の明確化の観点から重要な課題の一つである。熱-水-応力連成現象を明らかにするためには、まず個々の現象に関わるメカニズムを明らかにする必要がある。そのため、不飽和ベントナイトの伝熱特性、浸潤特性、膨潤特性等に関する各種要素試験が実施されている。また、熱-水-応力連成現象を実際に観測し、どのような現象が発生しているのか把握する必要もある。そのため、熱-水-応力連成現象に関する工学規模室内試験および原位置試験等が実施されている。さらに、熱-水-応力連成現象を評価するためのモデルも同時に開発されており、工学規模室内試験および原位置試験等を用いて、モデルの妥当性および適用性の検討が実施されている。本報告では、これら熱-水-応力連成モデルの開発に関する一連の検討結果を示す。本報告の構成は以下の通りである。第1章では、高レベル放射性廃棄物の地層処分における熱-水-応力連成評価の必要性について示す。第2章では、熱-水-応力連成解析評価に必要な岩石および緩衝材粘土の物性値取得に関する室内試験結果を示す。試験対象は釜石鉱山とし、岩石に関する試験は釜石鉱山で採取された供試体を用い、粘土に関してはベントナイト単体(クニゲルV1,OT-9607)およびベントナイトとケイ砂の混合体を対象とした。第3章では、原位置における岩盤物性試験の結果を示す。原位置試験は釜石鉱山における試験坑道内で実施した。実施した試験は、亀裂特性調査、透水試験、試験坑道床盤に掘削した試験孔内への湧水量の測定である。第4章では、室内および原位置試験で得られた岩盤物性値を用い、第3章で示した試験孔内への湧水量の解析評価を行なった。解析は連続体モデルおよび不連続体モデルの両者を用い実施した。第5章では、釜石鉱山で実施した熱-水-応力連成試験結果を示す。直径1.7m,深さ5.0mの試験孔を坑道床盤に掘削し、試験孔内に緩衝材および発熱体を設置し、連成試験を開始した。連成試験としては、発熱体の加熱を行なう加熱試験を約260日間、発熱体停

断層活動に伴う周辺地下水挙動の変化に関する解析(成果報告書)

古屋 和夫*; 伊東 守*; 児玉 敏雄*

PNC TJ7705 97-001, 154 Pages, 1997/03

PNC-TJ7705-97-001.pdf:6.09MB

本資料は、兵庫県南部地震(1995年1月17日)の発生直後、淡路島北西部で観測された野島断層近傍での地下水挙動の変化について、応力・浸透連成解析を行った結果をまとめたものである。兵庫県南部地震の発生直後、淡路島北西部では、湧水量の増加や断層近傍での湧水の発生、あるいは山間部での地下水位の低下が観測され、その後、湧水は次第に減少あるいは停止していることが確認されている。このような現象の原因として、断層活動による地殻応力の変化や地震動によって生じた、地盤の急激な体積変化による過剰間隙水圧の上昇・下降の可能性が考えられる。本解析では、このような考えに基づき、断層活動に伴う周辺地下水挙動の変化について、応力・浸透連成解析を行い、以下の結果を得た。1)全水頭分布の時間変化より、地震後、断層部付近において、過剰間隙水圧が急激に上昇し、時間とともに消散していく現象が数値的に再現された。全水頭のピークは断層部EL-300500m付近において発生し、その値は5563m程度であった。2)断層部からの湧水量のピークは、地震直後13日程度で出現する。また、流量は、降雨を考慮しない場合0.0140.037m3/dayとなり、降雨を考慮した場合0.0271.180m3/dayとなった。3)解析対象地域の地下水環境に対する降雨の影響は大きく、継続的な降雨により、地下水の全水頭分布が大きく変化する。降雨を考慮しない場合、湧水量の最大ピークが8.5日であるのに対して、降雨を考慮した場合、ピークが地震直後に発生する。4)断層幅を変更(粘土化帯幅10m、破砕帯幅10mから粘土化帯幅1m、破砕帯幅20mに変更)した場合の解析の結果、湧水量には若干の差異はみられるものの、全体的に大きな相違は認められない。5)断層の粘土化帯の透水係数を小さく設定した場合(1.010-9cm/sec)、断層を境に東西の全水頭分布は不連続となり、その差は40m70m程度となる。

釜石原位置試験場における粘土グラウト試験

杉田 裕; 菅野 毅; 石川 博久; 石黒 勝彦

PNC TN8410 96-014, 46 Pages, 1995/12

PNC-TN8410-96-014.pdf:0.08MB

高レベル放射性廃棄物地層処分において,処分場の建設にともない発生する立坑や坑道等の空洞は,そのままでは廃棄体と人間の生活圏とをつなげる経路となるため,適切に閉鎖する必要がある。廃棄体定置後の地質環境を元の状態に戻すことによって,空洞に添った地下水の流れと核種の移行を抑制するために埋戻し,プラグ,グラウト等を組合せたシーリングシステムの研究開発が必要不可欠である。本報告書は、釜石原位置試験場において実施した粘土グラウトの止水性に関する基本特性の結果についてまとめたものである。グラウト試験は,国産ベントナイトであるクニゲルVAを試験試料とし,既存坑道より新たに掘削・拡幅したグラウト試験坑道で実施した。グラウトの効果は試験前後の透水試験で把握した。グラウトの注入試験は,注入圧1.0MPaを基本とし,注入濃度を0.2wt%8.0wt%まで6段階に設定した。その結果,以下の知見が得られた。(1)本試験範囲では,静的注入法によりグラウト注入が可能であった。(2)今回対象とした亀裂群については,亀裂によらず注入濃度が大きくなるとグラウト液の注入速度は小さくなった。(3)亀裂群A,Bともにベントナイト注入速度は注入濃度とともに増加するが,注入濃度4.0wt%前後から注入速度が上がらなくなり,亀裂のめづまりと考えられる傾向を示した。(4)粘土グラウトにより亀裂群の透水係数が減少し,透水係数は亀裂群Aの存在するボーリング孔が9.610-8--/sから2.510-9--/sであり,亀裂群Bの存在するボーリング孔は4.210-6--/sから1.110-8--/sであった。(5)電磁波トモグラフィーでは,グラウトの浸透を速度変化で捉える可能性があることを示した。

ニアフィールド岩盤中の物質移行経路のモデリングに関する基礎研究(2)(報告書概要)

斎藤 茂幸*; 諸岡 幸一*; 池田 則生*; 杉山 和稔*

PNC TJ1211 95-001, 75 Pages, 1995/03

PNC-TJ1211-95-001.pdf:2.1MB

本研究は、ニアフィールド岩盤中の物質移行経路のモデル化の基礎となるデータを、実際の岩盤性状を把握することにより収集し、ニアフィールド性能の定量化に資することを目的として実施するものである。今年度は尾去沢鉱山、北秋珪藻土鉱山、槇峰鉱山、高知南西部、生野鉱山、下川鉱山、明延鉱山、細倉鉱山にそれぞれ分布する黒色頁岩、凝灰岩、珪藻土、千枚岩、砂泥互層、流紋岩、輝緑岩、はんれい岩・粘板岩、凝灰岩を対象に調査した。調査内容は、延長10m幅1mを基本とした露頭スケールでの肉眼観察(通常スケッチ)、特定の移行経路(亀裂等)に対して行う肉眼による観察(詳細スケッチ)、数100m数kmスケールでの破砕帯の分布調査である。通常スケッチは今年新たに加えられた岩種を対象として、割れ目の主体とした情報を収集し、その結果を1/10のスケールで整理した。詳細スケッチは、物質移行に寄与すると考えられる構造の詳細形状を主体に110倍のスケールでスケッチした。破砕帯の調査結果は1/5,0001/1,000のスケールで整理するとともに、破砕帯の走向・傾斜、破砕帯構成物質、破砕帯の幅、湧水の位置と湧水量の観点でとりまとめた。上記の調査結果から各サイトごとに割れ目の幾何形状、現象及びそれらの組み合わせ様式により整理上の分類を行い、それぞれの間隔、規模、マトリクス性状等をまとめた。その結果を基に割れ目の分類・整理を行い、それぞれについて共通事象を抽出することにより透水に寄与する地質構造のモデル化を予備的に行った。その結果として、各スケッチサイトごとの地質構造に係るモデルと空隙の分布形状に係るモデルの2種類のモデルを提示した。

釜石鉱山における深部地質環境特性調査(平成5年度)

長 久*; 横井 浩一*; 野口 義文*; 森田 誠也*; 中村 直昭*; 高原 弘幸*; 守屋 俊文*

PNC TJ1380 94-001, 1308 Pages, 1994/03

PNC-TJ1380-94-001.pdf:41.64MB

釜石原位置試験第1フェーズでは、地層科学研究の一環として割れ目系岩盤である花崗岩を対象に、地質、水理環境特性の把握と現象の理解と現有調査技術の適用性の確認を目的とした試験研究が実施された。動燃事業団は、第2フェーズの目的を岩体の地質、水理、力学特性の深度依存性や不均質性を把握するために研究範囲を拡大し、地下深部の詳細な地質環境特性の把握と現象の理解および調査試験技術の高度化と確立と設定し、以下の5項目を研究領域として取り組む事としている。1)深部地質環境特性の把握2)深部岩盤における掘削影響領域の評価3)結晶質岩中の水理・物質移行に関する研究4)人工バリア試験5)地震に関する試験研究本報告書では、1)5)の研究の基礎資料を提供するとともに、原位置試験場を含むその周辺の地質構造や水理特性、力学特性、地球化学特性、岩盤内充填粘土挙動の把握を行い、同時に調査を通じて調査試験手法の評価を行い問題点と課題を把握した。

ニアフィールド岩盤中の物質移行経路のモデリングに関する基礎研究(成果概要)

佐々木 憲明; 原 啓二; 秋好 賢治

PNC TJ1211 94-003, 63 Pages, 1994/03

PNC-TJ1211-94-003.pdf:1.64MB

本研究は、ニアフィールド岩盤中の物質移行経路のモデル化の基礎となるデータを、実際の岩盤性状を把握することにより収集し、ニアフィールド性能の定量化に資することを目的として実施するものである。今年度は生野鉱山、下川鉱山、明延鉱山、尾去沢鉱山、細倉鉱山、高取鉱山の坑内を主体に、それぞれに分布する流紋岩質溶結凝灰岩・花崗閃緑岩、輝緑岩、斑れい岩・粘板岩、頁岩、凝灰岩、砂岩を対象に、1m10mの規模の岩盤壁面のスケッチを肉眼観察で実施し、割れ目を主体とした情報を収集した。その結果を1/10のスケールで整理するとともに、割れ目の走向・傾斜、割れ目の連続性、空隙充填物質、岩盤分類等の観点でとりまとめた。その結果、異なる方向性を有する数種類の割れ目群がそれぞれのスケッチ箇所で把握されるとともに、湧水を伴う割れ目の観察結果から、主要割れ目が規則的に発達し、それらを連結する小規模な割れ目が発達するところに湧水が多いことがわかった。さらに、配列の規則性、特徴的な構造や規模、存在物質等の観点で、岩盤の物質移行に係る幾何学的特性のパターン化に向けた検討を行うとともに、岩石の種類を考慮した上での物質移行特性に係る地質構造のモデル化を、湧水割れ目及び連結性を有する割れ目について予備的に行い、それら割れ目の簡略化した分布パターンを図示した。

立坑掘削影響試験のうち水理調査(I) 委託研究成果報告書

堀田 政国*; 古市 光昭*; 伊藤 克夫*; 須藤 賢*

PNC TJ7449 91-001VOL2, 406 Pages, 1991/05

PNC-TJ7449-91-001VOL2.pdf:11.33MB

岩盤における立坑等の坑道の掘削は岩盤本来の力学的・水理学的特性に影響を与え、また、坑道周辺の水理環境の変化を促し、地下水流動に影響を与える。立坑掘削影響試験は、これらの現象を定量的に把握し、評価することを目的としているが、本調査ではこの試験の一環として、立坑掘削中の周辺岩盤の水理的状況、水理特性の調査を行ない、水理解析のためのデータを提供し、岩盤の水理地質的な検討を加え、立坑掘削が周辺岩盤に与える水理的な影響を解析・評価する。本研究では、実際に立坑掘削時の周辺地盤内の地下水圧の計測、および地下水採水・簡易水質分析を通して、立坑掘削時の周辺地盤内の地下水理状況の変化のモニタリング手法について検討した。地下水圧計測データは立坑掘削の影響、採水の影響、季節変動等に分けて検討を行なった。また、地下水採水時に計測した簡易pH計測および電気伝導度については地層毎の水質特性として検討すると共に、採水効率についても考察を行なった。立坑掘削による地下水理状況への影響を予測するための手法検討としては、三次元地下水流動解析を試みた。前年度の「立坑掘削影響試験のための水理事前調査(II)」において示された水理地質モデルを基に三次元の地下水流動解析用モデルを構築し、これを用いて立坑掘削時の地下水圧の変動および流向・流速、さらに既存坑道内への湧水量および新立坑内への湧水量を予測した。これらの予測値は、立坑掘削時の計測値と比較検討された。