2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a method to evaluate permeability of rock using barometric fluctuation
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20H02238
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
長田 昌彦 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (00214114)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹村 貴人 日本大学, 文理学部, 教授 (30359591)
富樫 陽太 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (90753294)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 岩盤の浸透特性 / 大気圧変動 / 間隙空気圧 / モンテリ地下研究所 / 時系列解析 / 岩盤の熱伝導特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大気圧は日々変化しており，微かではあるが，岩盤にもその圧力変化が伝わっている．本研究では，この大気圧変動を外力として，岩盤の力学的及び水理学的な特性を評価するための方法論を確立することを目的としている．大気圧はトンネルのような地下空間の中でも，地表と同じように変動しており，この方法論が確立できれば，広い範囲に適用できることが期待される．
この目的に対して，2018年7月より実際にトンネルの中の岩盤内で気圧変化を計測することを試みている．計測場所は，放射性廃棄物の地層処分の国際共同研究施設であるモンテリ地下研究所であり，オパリナスクレイと呼ばれる泥質岩を対象としている．計測センサには，気圧と同時に温度と湿度を計測できるものを用いており，様々な応答関係が検討できるようにしている．またセンサの埋設は，壁面からの深度を3段階に変えて設置しており，壁面から岩盤の奥側に向かって徐々に飽和度が変化することを想定した連続計測である．
この観測データから，深度5cmに埋設したセンサの気圧が徐々に位相のずれと振幅減衰を示すことを確認された．この現象を再現するために，Katzの式を用いた数値解析を実施し，トンネル内部とセンサ埋設箇所の間に非常に小さい連結部が形成された場合に，観測された位相のずれと振幅減衰を表現しうることを示した．
上に記した原位置での気圧応答挙動を説明するために，岩石ブロックを用いた室内実験を実施した．試料には白浜砂岩及び田下凝灰岩というオパリナスクレイと比較して，透水性の高い岩石を用いて，乾燥に伴う間隙空気圧の変化を計測し大気圧変動との比較を行った．透水性の高い岩石では，初期飽和度の影響が大きく，また位相のずれが小さいため，この方法では十分な精度で評価できない結果となった．一方で，温度変化に対する位相のずれと振幅減衰は明瞭であり，岩盤の熱伝導特性を評価しうることがわかった
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年度は，新型コロナウィルス感染拡大のため，スイス・モンテリ地下研究所で予定していた現地作業が実施できなかったが，2018年から計測している原位置データは，スイス滞在の企業の方にデータの抽出を依頼し，その回収を実施することができた．2021年度も引き続きデータ収集を実施しているが，データロガーの不良が判明したため，これを修正するために遠隔で現地のデータが取得できる機器に置き換えることとし，その準備を1年かけて入念に実施することとした．また国内において，適当な観測地点を設けて，改良した機器の稼働状況を長期的にチェックする予定である．
以上より，海外での作業は実施できなかったものの，データ取得が成功し，解析を進めることができたため，概ね順調と自己評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
原位置での作業は，今年度も新型コロナウィルスの影響が避けられないかもしれない．そこで機器の整備を国内の別サイトを仮想サイトと見立てて，システムの構築を図る．
室内実験では，大気圧変動をそのまま利用するよりも，周期的な気圧変動を与えて，その傾向を観測した方が，影響因子が容易に判定できると考えられる．そこで2021年度には，真空コントローラを利用して，周期的な気圧変動を与えて，2020年度に実施した大気圧応答結果と比較する．また，岩石ブロック試料の初期飽和度をできる限り高めて実験を行うために，真空養生装置を自作する．これにより，初期状態から位相のずれが開始される状況を室内実験により確認する予定である．
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