幌延深地層研究計画における稚内層中の割れ目帯を対象とした物質移行試験; ボーリング調査および物質移行試験データ集

對馬 正人*; 武田 匡樹; 大野 宏和

JAEA-Data/Code 2018-008, 78 Pages, 2018/10

JAEA-Data-Code-2018-008.pdf:6.73MB
JAEA-Data-Code-2018-008(errata).pdf:0.11MB
JAEA-Data-Code-2018-008-appendix(DVD-ROM).zip:263.67MB

日本原子力研究開発機構は、北海道幌延町において、深地層の研究施設を活用した地層科学研究および地層処分研究開発を実施しており、このうち地層処分研究開発の一環として、泥岩中に分布する割れ目や岩石マトリクスを対象とした原位置トレーサー試験を実施している。本報告では、割れ目帯を対象に実施した原位置トレーサー試験とトレーサー試験に関わるボーリング調査結果の取りまとめを行った。

A Study of methods to prevent piping and erosion in buffer materials intended for a vertical deposition hole at the Horonobe Underground Research Laboratory

城 まゆみ*; 小野 誠*; 中山 雅; 朝野 英一*; 石井 智子*

Geological Society Special Publications, 482, 16 Pages, 2018/09

https://doi.org/10.1144/SP482.7

The phenomena of "piping and erosion" are serious problems for the integrity of the buffer material as an element of engineered barrier systems in geological disposal for high-level radioactive waste. In this study, the outflow behavior and condition in buffer material has been investigated using a test pit drilled in host rock at Horonobe Underground Research Laboratory to acquire the knowledge to consider countermeasures to contain the outflow of the buffer material. The following are results. (1) The phenomena of "piping and erosion" occurred irrespective of injection flow rate. However, when the rate is small, it is considered that buffer material can be self-repairing and the erosion of buffer material can be suppressed. (2) When injection water contains a lot of electrolyte, the surface of buffer material peels off and precipitates, possibly suppressing waterproof performance. (3) It is considered that bentonite pellets are effective for countermeasures against buffering "piping and erosion".

ガスが溶存した地下水を含む泥岩中の割れ目を対象とした原位置トレーサー試験条件の設定に関する検討

武田 匡樹; 石井 英一; 大野 宏和; 川手 訓*

原子力バックエンド研究(CD-ROM), 25(1), p.3 - 14, 2018/06

https://doi.org/10.3327/jnuce.25.1_3

泥岩中における断層帯および掘削影響領域(EDZ)に発達する割れ目は、主要な水みちとして機能することがあるため、これらの構造における物質移行特性を評価することは、高レベル放射性廃棄物の地層処分における安全評価において重要である。しかし、泥岩中の割れ目を対象とした原位置トレーサー試験の適用事例は国内外含めて非常に少ない。そこで、日本原子力研究開発機構では、稚内層と呼ばれる珪質泥岩中の割れ目を対象に、非収着性であるウラニンを用いた原位置トレーサー試験を実施した。トレーサー試験の結果から、注水流量を揚水流量より大きくした場合に脱ガスの影響を低減することができる一方で、同様の条件ではトレーサー回収率が低くなったことから、本稿で報告したトレーサー試験においては、注水流量を揚水流量よりもやや高く設定することが適切な試験条件であることが分かった。ガスが溶存した地下水を含む岩盤を対象に注水および揚水を伴う原位置トレーサー試験を実施する際は、注水と揚水の流量比が(1)脱ガスの発生に与える影響、(2)トレーサー回収率に与える影響の双方を評価することが、脱ガスを抑制しつつトレーサー回収率を高めるための適切な試験条件を見出すことに有効である。

幌延深地層研究計画における人工バリア性能確認試験; プラグコンクリートの配合検討

中山 雅; 丹生屋 純夫*; 三浦 律彦*; 竹田 宣典*

JAEA-Research 2017-016, 62 Pages, 2018/01

JAEA-Research-2017-016.pdf:19.99MB

幌延深地層研究計画では、堆積岩を対象に研究開発を実施するものであり、深地層の科学的研究、地層処分技術の信頼性向上や安全評価手法の高度化等に向けた基盤的な研究開発を実施している。幌延深地層研究計画は、「地上からの調査研究段階(第1段階)」、「坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階)」および「地下施設での調査研究段階(第3段階)」の3つの段階に分けて実施している。平成22年度からは第3段階の調査研究を開始しており、平成26年度からは幌延URLの350m調査坑道(試験坑道4)において、人工バリア性能確認試験を実施している。本試験は、幌延の地質環境をひとつの事例に、処分孔竪置き方式を対象として実規模の人工バリアを設置し、実環境下において人工バリア定置後の再冠水までの過渡期におけるTHMC連成挙動の検証データを取得する事を目的としている。本報告は、プラグコンクリートの配合について、原位置での打設前に検討した配合について取りまとめたものである。配合の検討に際しては、原子力機構が開発し、幌延URLの試験坑道で施工試験を通じて施工実績のある、低アルカリ性セメントの配合を基本とし、プラグの要求性能を考慮して試験を行い、実機試験練り用の配合を決定した。

幌延深地層研究センターの350m周回坑道(東)における初期地圧測定

青柳 和平; 櫻井 彰孝; 丹生屋 純夫*

JAEA-Data/Code 2016-022, 91 Pages, 2017/03

JAEA-Data-Code-2016-022.pdf:7.3MB
JAEA-Data-Code-2016-022-appendix(CD-ROM).zip:232.99MB

幌延深地層研究センターの地下施設周辺岩盤の応力場を把握することを目的として、350m周回坑道(東)にて水圧破砕法による3次元初期地圧測定を実施した。掘削方向の異なるボーリング孔3孔において、合計26深度で、コンプライアンスCの小さい高剛性水圧破砕試験装置を用いた水圧破砕法により初期地圧測定をおこなった。23深度で観測されたき裂に作用する法線応力、11深度で生じた縦き裂の開口圧および2深度で生じた縦き裂の初生する位置に関する観測方程式を用いて、深度350m周回坑道(東)の初期地圧を評価した。その結果、最大主応力は岩石の密度を17kN/mと見積もって求められる深度350mの土被り圧約6.0MPaと比較して、大幅に小さい値である3.73MPaであり、鉛直方向に近い方位であった。また、応力環境は正断層型であった。ただし、主応力の確率誤差を考慮するとそれらの方位は入れ替わる可能性があった。

Estimation of rock mass stress state based on convergence measurement during gallery excavation

青柳 和平; 名合 牧人*; 亀村 勝美*; 菅原 健太郎*

Proceedings of 9th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS-9) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2016/10

Estimates of rock mass stress state and the mechanical characteristics of rock mass are important in the design of deep underground structures such as high-level radioactive waste disposal repositories. Stress measurements are conducted in boreholes to provide estimates of stress state. However, measurement results can vary highly as a result of rock mass heterogeneity, which causes difficulty in stress state evaluation. This study establishes a practical and effective method for estimating in situ stress based on the convergence measurement results obtained during gallery construction of the Horonobe Underground Research Laboratory (URL) project. The convergence was measured in various directions of the URL loop gallery to allow determination of the stress state over a large area. A back-analysis method was developed using the convergence measured during gallery excavation at 350 m depth. This method was applied to estimate the stress state corresponding to the rock mass behavior around the URL. The analysis results show good agreement with the in situ stress state reported in previous studies and confirm the applicability of the proposed method.

幌延深地層研究計画における人工バリア性能確認試験; 大口径掘削機の開発、模擬オーバーパック、緩衝材および埋め戻し材の製作

中山 雅; 松崎 達二*; 丹生屋 純夫*

JAEA-Research 2016-010, 57 Pages, 2016/08

JAEA-Research-2016-010.pdf:10.81MB
JAEA-Research-2016-010-appendix(CD-ROM).zip:31.42MB

幌延深地層研究計画は、堆積岩を対象に深地層の研究開発を実施するものであり、深地層の科学的研究、地層処分技術の信頼性向上や安全評価手法の高度化等に向けた基盤的な研究開発のための研究開発を実施している。平成26年度からは、第3段階の調査研究として、幌延深地層研究センターの地下施設の350m調査坑道において、人工バリア性能確認試験を実施している。人工バリア性能確認試験は、幌延の地質環境をひとつの事例に、処分孔竪置き方式を対象として実規模の人工バリアを設置し、実環境下において人工バリア定置後の再冠水までの過渡期の現象を評価する事を目的としている。具体的には、(1)地層処分研究開発の第2次取りまとめで示した処分概念が実際の地下で構築できることの実証、(2)人工バリアや埋め戻し材の設計手法の適用性確認、(3)熱-水-応力-化学連成挙動に関わる検証データの取得、である。本報告では、人工バリア性能確認試験における原位置での施工に際して、事前に開発や製作を伴う、試験孔掘削のための大口径掘削機の開発、模擬オーバーパックの製作、緩衝材および埋め戻し材の製作について取りまとめるとともに、その品質管理の実施状況について述べたものである。

幌延深地層研究計画における人工バリア性能確認試験; 坑道の埋め戻し材に関する検討

中山 雅; 大野 宏和; 棚井 憲治; 杉田 裕; 藤田 朝雄

JAEA-Research 2016-002, 280 Pages, 2016/06

JAEA-Research-2016-002.pdf:16.21MB

幌延深地層研究計画では、平成26年度から第3段階の調査研究として、幌延深地層研究センターの地下施設(以下、幌延URL)の350m調査坑道(試験坑道4)において、人工バリア性能確認試験を実施している。人工バリア性能確認試験は、幌延の地質環境をひとつの事例に、処分孔竪置き方式を対象として実規模の人工バリアを設置し、実環境下において人工バリア定置後の再冠水までの過渡期の現象を評価することを目的としている。具体的には、(1)地層処分研究開発の第2次取りまとめで示した処分概念が実際の地下で構築できることの実証、(2)人工バリアや埋め戻し材の設計手法の適用性確認、(3)熱-水-応力-化学連成挙動に関わる検証データの取得、である。本報告では、人工バリア性能確認試験において、試験坑道4の一部を埋め戻す際に使用する埋め戻し材について検討した。具体的には、幌延URLの坑道掘削により生じた掘削土(ズリ)とベントナイトを混合した材料の、基礎物性の把握、施工方法による目標乾燥密度の設定および狭隘な試験坑道を想定した施工性確認試験などを行い、人工バリア性能確認試験における埋め戻し材の使用を決定した。その結果、坑道下半部は埋め戻し材の撒き出し転圧締め固めにより乾燥密度1.2Mg/m、坑道上半部は乾燥密度1.4Mg/mの埋め戻し材ブロックを設置することにより、埋め戻し材の要件として設定した透水性および膨潤圧を確保できることを確認した。

幌延深地層研究センターにおける原位置岩盤の強度・変形物性の検討

丹生屋 純夫*; 青柳 和平; 藤田 朝雄; 白瀬 光泰*

第44回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.336 - 341, 2016/01

幌延深地層研究センターでは、き裂密度を考慮した岩級区分に基づいた岩盤の強度・変形物性を設定し、これらを地下施設の支保設計や坑道の安定性の評価に採用している。本報告では、調査坑道内で実施した平板載荷試験、ロックせん断試験、室内力学試験結果から、設計時に設定した坑道規模の岩盤における強度・変形物性を評価した。ロックせん断試験により得られた粘着力は、設計時に設定した値と、三軸圧縮試験により得られた残留強度の応力状態から得た値よりも小さく、内部摩擦角は逆に大きい結果となった。また、設計時および室内力学試験の残留応力状態から設定した破壊規準との比較により、ロックせん断試験に基づく破壊規準は施工時において最も保守的な値を与えることが示された。

幌延深地層研究センターの350mポンプ座における初期地圧測定

青柳 和平; 櫻井 彰孝; 丹生屋 純夫*

JAEA-Data/Code 2015-010, 190 Pages, 2015/10

JAEA-Data-Code-2015-010.pdf:18.7MB
JAEA-Data-Code-2015-010-appendix(CD-ROM).zip:127.68MB

幌延深地層研究センターの地下施設周辺岩盤の応力場を把握することを目的として、350mポンプ座にて水圧破砕法による3次元初期地圧測定を実施した。初期地圧を評価するにあたっては、異なる方向へ掘削した4本のボーリング孔の31深度で水圧破砕により造成された横き裂に作用する法線応力、1深度で生じたブレイクアウト発生位置および12深度で生じた縦き裂の開口圧に関する観測方程式を用いた。水圧破砕試験結果の解析では、ボアホールブレイクアウトの発生条件を加味した場合と、加味しない場合の2ケースで初期地圧を評価した。その結果、ブレイクアウト発生条件を加味した場合、最大主応力が約12MPaと、推定される土被り圧約6MPaの2倍程度の値となる。また、最大主応力と最小主応力の比が約6となり、差応力が大きな結果となった。また、ブレイクアウトの発生条件を加味しない場合は、最大主応力が6MPa程度であり、推定土被り圧と同程度の値を示す。また、最大主応力と最小主応力の比も、2.7程度であり、主応力差がそれほど生じなかったという観点から見ると、地上からの調査段階の結果に整合する傾向となった。主応力の方位に関しては、両ケースにおいて、最大主応力が北方向から約30西寄りで、鉛直方向から約45傾いた結果となった。