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論文

Fracture characterization and rock mass behavior induced by blasting and mechanical excavation of shafts in Horonobe Underground Research Laboratory

青柳 和平; 常盤 哲也*; 佐藤 稔紀; 早野 明

Proceedings of 2019 Rock Dynamics Summit in Okinawa (USB Flash Drive), p.682 - 687, 2019/05

本研究では、幌延深地層研究センターの発破掘削で施工された東立坑および機械掘削で施工された換気立坑において、掘削損傷領域の定量的な違いを検討することを目的とした。両立坑で実施した壁面観察の結果、発破掘削では、機械掘削と比較して、掘削に伴い発生したと考えられる割れ目が多く確認された。また、壁面で計測された弾性波速度に関しても、発破掘削で施工された東立坑の方が、機械掘削で施工された換気立坑よりも小さい値であった。これらの結果から、発破掘削の方が壁面岩盤に与える損傷の度合いが大きいことがわかった。さらに、発破掘削では、切羽前方の岩盤を補強するような支保パターンが、壁面の損傷を低減するのに最適である可能性が示された。

論文

A Method for estimating the highest potential hydraulic conductivity in the excavation damaged zone in mudstone

青柳 和平; 石井 英一

Rock Mechanics and Rock Engineering, 52(2), p.385 - 401, 2019/02

坑道掘削時には、応力再配分に伴い、割れ目が周辺に発生し、周辺岩盤の透水性が増大する。このような領域は、掘削損傷領域(EDZ)と呼ばれている。高レベル放射性廃棄物の地層処分においては、EDZが地下施設周辺の放射性核種の移行経路になりうる。そのため、本研究では、幌延深地層研究センターの坑道を対象としてEDZの潜在的な最大透水係数を予測する手法について検討した。原位置試験として、BTV観察、コア観察、透水試験を実施し、EDZの幅と透水係数を予想した。結果として、観測されたEDZの幅は、連成解析により求められたEDZの幅にほぼ一致する結果であった。また、平均有効応力を岩盤の引張応力で除したパラメータである、Mean stress index (MSIモデル)に基づく潜在的な最大透水係数の予測範囲は、原位置試験で求められた透水係数を内包するものであった。幌延深地層研究センターの地下施設のように、岩盤が均質であり、発破損傷等の人工的な損傷が無視しうる環境では、EDZの潜在的な最大透水係数を予測するうえでMSIモデルが適用可能であることが示された。

論文

Evolution of the excavation damaged zone around a modelled disposal pit; Case study at the Horonobe Underground Research Laboratory, Japan

青柳 和平; 宮良 信勝; 石井 英一; 中山 雅; 木村 駿

Proceedings of 13th SEGJ International Symposium (USB Flash Drive), 5 Pages, 2018/11

本研究では、幌延深地層研究センターの人工バリア性能確認試験孔(ピット)を対象として、ピット周辺の掘削損傷領域の発達過程と、ピット中に設置した緩衝材への注水に伴う掘削損傷領域の経時変化を、弾性波トモグラフィ調査結果に基づき論じた。結果として、ピット周辺の弾性波速度はピット掘削後に顕著に低下するが、緩衝材への注水開始後は、徐々に弾性波速度が回復する傾向が見られた。ピット周辺の掘削損傷領域を対象とした透水試験と間隙水圧結果と比較したところ、掘削後の割れ目の発達と不飽和領域の発達が弾性波速度の低下の原因であると推定された。また、ピットへの注水に伴う周辺岩盤の間隙水圧の増大が見られたことから、掘削損傷領域内の飽和度の増加が、弾性波速度の回復の原因の一つであると推定された。

報告書

幌延深地層研究施設における掘削影響領域の評価,1; 深度140mを対象とした試験(共同研究)

杉田 裕; 青柳 和平; 窪田 健二*; 中田 英二*; 大山 隆弘*

JAEA-Research 2018-002, 72 Pages, 2018/06

JAEA-Research-2018-002.pdf:6.16MB

放射性廃棄物を地層処分する地下深部において立坑や坑道を掘削する場合、掘削時の応力再配分により立坑や坑道の周囲に掘削影響領域が発生する。掘削影響領域における岩盤特性の変化は、放射性核種の移行挙動にも影響すると考えられることから、その領域や経時変化の把握が重要となっている。そこで、掘削影響領域の長期挙動の評価を目的として、日本原子力研究開発機構が進めている幌延深地層研究計画において、深度140mの調査坑道を対象とした原位置試験を、電力中央研究所との共同研究の一部として実施してきている。本共同研究では、坑道壁面の観察やボーリング孔を利用した各種調査(地質調査, 弾性波トモグラフィ, 比抵抗トモグラフィ, 透水試験, 水分量計測, 孔内載荷試験, 内空変位計測等)の結果を総合的に評価することにより、掘削影響領域の範囲や掘削影響領域において生じた物理変化の要因、およびその経時変化を把握した。また、掘削影響領域の評価に適用した調査法で取得された計測データを分析することにより、掘削影響領域の経時変化に係る長期データの取得に向けた課題を明らかにした。

報告書

幌延深地層研究センターにおける掘削損傷領域の可視化手法の検討(共同研究)

青柳 和平; Chen, Y.*; 櫻井 彰孝; 石井 英一; 石田 毅*

JAEA-Research 2017-014, 49 Pages, 2018/01

JAEA-Research-2017-014.pdf:16.29MB

本研究では、坑道掘削により周辺岩盤に形成された掘削損傷領域の割れ目の三次元的な可視化を行うことを目的として、幌延深地層研究センターの地下350mの調査坑道を対象として、樹脂を坑道周辺の岩盤に注入し、掘削損傷領域の割れ目を固定し、紫外線照射下の観察により割れ目の連結性や開口幅の検討を行った。原位置における樹脂の注入に際しては、粘性が低く紫外線照射によって発光する樹脂を開発して坑道周辺岩盤へ圧入した。その結果、割れ目の状態を乱すことなく、坑道周辺に形成された割れ目へ樹脂を浸透させ、固定させることに成功した。さらに、割れ目への固定の後に、注入孔周辺をオーバーコアリングし、孔壁面及び得られたコア表面を紫外線照射下で観察した。観察の結果、割れ目は孔口から約0.9mの範囲まで発達していた。また、孔口から約0.3mまでは、複数本の割れ目が交差しており、開口幅は1-2mm程度であったのに対し、孔口から0.3-0.9mに分布する割れ目は単独で存在し、開口幅は1mmよりも小さいことがわかった。一方、ボアホールテレビューア観察では、孔口から0.2mまでの明瞭に開口した割れ目しか検出されていないことから、カメラの分解能の影響で開口幅の小さい割れ目を検出することが難しいため、割れ目の発達の範囲を過小評価する可能性があることがわかった。

論文

幌延深地層研究センターの350m調査坑道における掘削損傷領域の解析的評価

青柳 和平; 石井 英一

資源・素材講演集(インターネット), 4(2), 7 Pages, 2017/09

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、処分坑道等の地下施設の掘削による応力再配分の影響により、坑道壁面周辺岩盤の水理・力学特性が顕著に変化する領域が生じる。このような領域を掘削損傷領域(Excavation Damaged Zone: EDZ)と呼ぶ。幌延深地層研究センターの350m調査坑道では、堆積軟岩である珪質泥岩を対象として、ボアホール・テレビューア観察、コア観察および透水試験を行い、坑道周辺のEDZの水理・力学特性を調査している。試験結果から、坑道掘削に起因して生じた引張割れ目の発達と透水係数の増大が認められたことから、坑道から0.2$$sim$$1.0mの範囲にEDZが発生したと推定した。これを理論的に検証するために、二次元の水理・力学連成解析を実施した。解析では、坑道掘削直後は掘削解放面を非排水条件、支保工設置後は排水条件とした。この結果、壁面から0.6$$sim$$1.4mの範囲まで引張破壊が生じる結果となり、原位置で観測されたEDZの範囲と概ね整合する結果が得られた。また、坑道掘削時の非排水挙動に伴う有効応力の低下が、原位置で確認された引張割れ目の形成や発達に寄与していることが示された。以上のことから、連成解析により、原位置のEDZの発生メカニズムを把握することができた。

報告書

幌延深地層研究施設における掘削影響領域の評価; 深度250mを対象とした試験(共同研究)

青柳 和平; 窪田 健二*; 中田 英二*; 末永 弘*; 野原 慎太郎*

JAEA-Research 2017-004, 91 Pages, 2017/06

JAEA-Research-2017-004.pdf:6.07MB

本研究では、幌延深地層研究センターの地下施設のうち、250m調査坑道において、掘削影響領域における水理・力学・物理特性等を調査し、掘削影響領域の範囲や掘削影響領域において生じた物理変化の要因、およびその経時変化を評価することを目的として、弾性波トモグラフィ調査、弾性波屈折法探査、比抵抗トモグラフィ調査や透水試験を実施した。弾性波トモグラフィの結果、坑道掘削に伴い、坑道壁面から約1mの範囲内でP波速度が顕著に低下した。P波速度の低下と割れ目密度との間に相関があることが示されたことから、坑道掘削に伴って約1mの範囲まで割れ目が発達したと推定される。透水試験の結果、坑壁から0.5$$sim$$1m離れた領域において、掘削に伴い透水係数が増大した。同一の調査箇所ではないものの、坑壁からの距離はP波速度の低下域と概ね調和しており、割れ目の形成に伴う透水係数の増大を捉えた可能性が示された。また、比抵抗トモグラフィ調査の結果から、掘削に伴う顕著な不飽和領域の形成は生じていないことが推察された。これらの調査結果から、掘削損傷領域の水理・力学特性を評価する手法として、今回採用した原位置試験方法や評価手法が妥当であることが示された。

論文

幌延深地層研究センターの350m調査坑道における掘削損傷領域の破壊様式の検討

青柳 和平; 石井 英一; 石田 毅*

Journal of MMIJ, 133(2), p.25 - 33, 2017/02

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、処分坑道や立坑、斜坑といったアクセス坑道の掘削による応力再配分の影響により、坑道壁面周辺岩盤の水理・力学特性が顕著に変化する領域が生じる。このような領域を掘削損傷領域(Excavation Damaged Zone, EDZ)と呼ぶ。EDZは廃棄体定置後の核種移行経路の一つになると想定されていることから、詳細な性状の把握が求められる。そこで、幌延深地層研究センターを対象として、ボアホール・テレビューア(borehole tereviewer, BTV)観察,コア観察および定期的な透水試験を実施して、EDZの水理・力学特性について検討した。その結果、壁面から0.2から1.0mの範囲まで、坑道掘削に起因して生じた引張割れ目が発達していたことから、EDZは坑道から0.2から1.0mの範囲まで発生したと推定される。これは、破壊様式を考慮した三次元有限要素解析にも整合的であった。坑道掘削直後の坑道周辺岩盤の透水試験の結果から、引張割れ目が発達した領域における透水係数は、その外側領域と比較して3から5オーダー高いものであることがわかった。しかし、その後の2年間は、坑道周辺岩盤の透水係数に顕著な変化は見られなかった。これらのことから、透水性の高いEDZは、坑道掘削により短期的に形成されたものと推定された。

論文

幌延深地層研究センターの深度の異なる水平坑道を対象とした掘削損傷領域の水理力学特性の検討

青柳 和平; 石井 英一

第14回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(インターネット), 6 Pages, 2017/01

堆積軟岩を対象とする幌延深地層研究センターの深度250mおよび350mの調査坑道において生じた掘削損傷領域(Excavation Damaged Zone: EDZ)の水理・力学特性を検討することを目的として、透水試験、コア観察、BTV観察を行った。結果として、250m調査坑道ではEDZの進展幅は壁面から約1.0mであり、EDZの透水係数は、健岩部と比較して約2-3オーダー程度大きかった。一方、350m調査坑道では、EDZの進展幅は壁面から0.4mまでであったが、EDZの透水係数は健岩部と比較して約5オーダー程度大きい結果であった。これらの関係性について、地山強度比と岩盤中のせん断変形に伴う局所的なダイラタンシーの程度を評価する指標であるDuctility Index(DI)の2つの物理パラメータを基に、深度と岩種の違いによるEDZの水理力学特性を検討した。結果として、EDZの進展幅は地山強度比と関連しており、EDZの透水係数の増大は、DIの値の違いにより説明できることが示唆された。

論文

光計測を用いた幌延深地層研究センターの立坑周辺岩盤における長期挙動評価

畑 浩二*; 丹生屋 純夫*; 青柳 和平

第14回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(インターネット), 6 Pages, 2017/01

北海道幌延町に位置する日本原子力研究開発機構の幌延深地層研究センターでは、高レベル放射性廃棄物地層処分技術の信頼性向上に係わる種々な研究を実施している。その内、空洞周辺岩盤の長期挙動モデルを開発するため、深度350m以深の立坑を対象に掘削前から掘削完了後の維持管理期間にわたって力学的・水理学的挙動に着目し、光式のAEセンサ・間隙水圧センサ・温度センサを用いて長期計測を継続中である。計測結果から、掘削時には立坑壁面に近いほどAE、間隙水圧および温度の変化は大きく、壁面1.5m程度までを掘削損傷領域と評価した。一方、掘削後の維持管理段階では、力学的な損傷領域の広がりは認められないが、立坑近辺では不飽和領域が広がることが認められた。

論文

A Study of efficient excavation limiting the extent of an excavation damaged zone in Horonobe URL

青柳 和平; 常盤 哲也*; 藤田 朝雄

Rock Mechanics and Rock Engineering; From the Past to the Future (EUROCK 2016), p.1023 - 1028, 2016/07

In excavation of a repository for high-level radioactive waste, it is important to limit the extent of the excavation damaged zone (EDZ) with efficient excavation rate. The objective of this study is to reveal the relationship among the extent of the EDZ, excavation direction related to in situ stress orientation, and excavation rate in detail. From the result of seismic refraction survey, the extent of the EDZ is estimated within 0.5 m into the gallery wall. The excavation rate of the gallery excavated almost parallel to the maximum principal stress was 1.1 to 1.3 times faster than that of the gallery excavated almost perpendicular to the maximum principal stress. Considering the excavation rate, fracture length, and the extent of the EDZ, excavation of galleries parallel to the maximum principal stress leads to limit the development of the EDZ with efficient excavation.

論文

Excavation damaged zone inferred by geophysical surveys on drift floor of Horonobe URL

常盤 哲也*; 青柳 和平; 藤田 朝雄

Rock Mechanics and Rock Engineering; From the Past to the Future (EUROCK 2016), p.901 - 906, 2016/07

Seismic refraction surveys were carried out on the floor of a drift in the Horonobe URL of Japan for understanding of the extent of EDZ. As a result, the extent of the low velocity zone ranges from 1.5 to 3.0 m; the extent on the center line of the drift is the largest. On the other hand, the extent of the EDZ on the drift wall is less than 1.0 m from previous studies. Thus, it is considered that the excavation damage on the drift floor is much larger than that of on the drift wall. Also, the result of the numerical analysis is consistent with that tendency. Furthermore, we also suggest the conceptual model of the EDZ showing the extent, hydraulic and mechanical properties of rock mass, and characteristic of the fracture from the results of this research and previous studies.

論文

幌延深地層研究センターの立坑における掘削損傷領域の進展に関する検討

青柳 和平; 石井 英一; 藤田 朝雄; 本島 貴之*

第44回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.313 - 318, 2016/01

堆積軟岩を対象とする幌延深地層研究センターの深度350m以深の東立坑周辺に生じた掘削損傷領域の拡がりとその破壊様式を推定することを目的として、透水試験、BTV観察、立坑周辺のボーリング孔内水位の連続モニタリング、立坑壁面の観察を実施した。結果として、立坑壁面から2m以内で、透水係数が約1-3オーダー増大したことが確認された。これは、BTV観察により捉えられた割れ目の分布に整合する結果であった。また、立坑掘削深度がボーリング孔底深度に達した段階で水位の急激な低下が見られたことから、掘削直後に瞬間的に割れ目が発達し、壁面へ連結したことが推定された。さらに、立坑掘削に伴って発生する割れ目は引張のメカニズムで発生しており、壁面を取り囲む形で分布することがわかった。

論文

マルチ光計測プローブを用いた幌延深地層研究センターの立坑掘削損傷評価

畑 浩二*; 丹生屋 純夫*; 青柳 和平; 藤田 朝雄

第44回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.319 - 324, 2016/01

日本原子力研究開発機構の幌延深地層研究センターにおいて、深度350m以深の立坑掘削時から掘削後の維持管理段階で掘削影響評価のための長期モニタリングを実施中である。計測ツールには、光式AEセンサ,光式間隙水圧センサおよび光式温度センサを1本のボーリング孔内に設置可能なマルチ光計測プローブを開発し利用した。AE,間隙水圧および温度を測定した結果、立坑壁面に近いほど変化は大きく、掘削の影響が明らかになった。また、AE震源位置標定解析結果から、立坑壁面1.5m未満までが掘削影響領域と評価した。

論文

Hydrogeomechanical investigation of an excavation damaged zone in the Horonobe Underground Research Laboratory

青柳 和平; 津坂 仁和*; 野原 慎太郎*; 窪田 健二*; 常盤 哲也*; 近藤 桂二*; 稲垣 大介*

Proceedings of 8th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS-8) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2014/10

In a construction of a deep underground facility such as repository for high-level radioactive waste (HLW) disposal, significant changes in hydrogeomechanical properties around a gallery are expected. This zone is called an Excavation Damaged Zone (EDZ). For the safety of HLW disposal, it is necessary to investigate extent and hydrogeomechanical characteristics of an EDZ. In this research, the authors conducted in situ surveys such as seismic refraction survey, geological observation around a gallery, borehole television survey, and hydraulic tests in the Horonobe Underground Research Laboratory. From the results of those surveys, the authors concluded that the extent of the area with high-density of fractures and high hydraulic conductivity was estimated to be about 0.2 to 1.2 m into the gallery wall. The authors also compiled the information of the extent of an EDZ and hydrogeomechanical properties inside and outside of an EDZ as a conceptual model. Since the conceptual models provide the basic idea for determining flow and solute transport in an EDZ, the result of this research provides a useful data for a safety assessment of the HLW disposal.

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