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岩盤の熱・水・応力・化学連成数値シミュレータの開発と地層処分技術への実装

研究課題

研究課題/領域番号 19H02237
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分22030:地盤工学関連
研究機関愛媛大学

研究代表者

安原 英明  愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (70432797)

研究分担者 岸田 潔  京都大学, 工学研究科, 教授 (20243066)
木下 尚樹  愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 准教授 (30263958)
青柳 和平  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 核燃料・バックエンド研究開発部門 幌延深地層研究センター, 研究職 (40636841)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2020年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2019年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円)
キーワード熱・水・応力・化学連成 / 連成数値シミュレータ / き裂性岩盤 透水・物質移行挙動 / 地層処分事業 / き裂性岩盤 / 透水・物質移行挙動 / 亀裂性岩盤 / 地層処分技術
研究開始時の研究の概要

本研究では、地層処分時に想定される深地層下における高圧力環境、廃棄体からの放熱に起因する高温環境、セメント材料溶出に起因する高pH環境、海陸接合部の塩水環境という連成環境における岩石亀裂の長期透水・物質移行試験を実施し、透水・物質移行特性の長期変性メカニズムを明らかにする。さらに、『熱・水・応力・化学・連成解析シミュレータiPSACC』を開発し、連成環境下における岩盤の透水・物質移行特性の長期変性を予測し、処分施設近傍の岩盤の長期性能評価を実施する。

研究成果の概要

本研究では単一不連続面を有する花崗岩を対象とし,地下環境を想定した高温・高圧・塩水条件下でラフネス剛性試験および連続透水試験を実施した.ラフネス剛性試験で供試体のかみ合わせを向上させ,連続透水試験で,高温条件下での模擬海水が花崗岩不連続面の透水特性に与える影響を評価した.また透過率の経時変化の要因を検討するため,ICP発光分光分析,不連続面形状計測,走査型電子顕微鏡観察を行った.さらに,熱・水・応力・化学連成場におけるき裂の透水性変化を記述可能な連成シミュレータを開発し,室内試験の再現解析を実施することで開発したシミュレータの妥当性・有用性を検証した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、地層処分時に想定される温度、応力、地下水環境を模擬した条件で室内試験を実施し、亀裂性岩盤の透水特性の長期変性メカニズムを明らかにした。また、変性メカニズムを記述する現象論モデルを実装した熱・水・応力・化学・連成解析シミュレータを開発した。本研究成果は、地層処分技術の信頼性向上のために必須事項と設定されている課題に真正面から取り組んでおり学術的意義は高い。

報告書

(4件)
  • 2022 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 10件)

  • [雑誌論文] Predictions of Rock Temperature Evolution at the Lahendong Geothermal Field by Coupled Numerical Model with Discrete Fracture Model Scheme2020

    • 著者名/発表者名
      Qarinur Muhammad、Ogata Sho、Kinoshita Naoki、Yasuhara Hideaki
    • 雑誌名

      Energies

      巻: 13 号: 12 ページ: 3282-3282

    • DOI

      10.3390/en13123282

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Coupled thermal-hydraulic-mechanical-chemical modeling for permeability evolution of rocks through fracture generation and subsequent sealing2020

    • 著者名/発表者名
      Sho Ogata, Hideaki Yasuhara, Naoki Kinoshita, Kiyoshi Kishida
    • 雑誌名

      Computational Geosciences

      巻: 記載なし 号: 5 ページ: 1845-1864

    • DOI

      10.1007/s10596-020-09948-3

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 高温・高圧環境における 塩水を用いた花崗岩不連続面の透水実験2022

    • 著者名/発表者名
      佐古大地,緒方奨,大西史記,木下尚樹,安原 英明
    • 学会等名
      第48回岩盤力学に関するシンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 塩水を用いた高温・高圧環境における花崗岩不連続面の透水実験2021

    • 著者名/発表者名
      佐古大地,安原英明,木下尚樹
    • 学会等名
      令和3年度土木学会四国支部技術研究発表会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 温度・拘束圧制御下の泥岩不連続面剛性及び摩擦強度の経時変化に関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      大西史記,安原英明,木下尚樹
    • 学会等名
      令和3年度土木学会四国支部技術研究発表会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 塩水・高温・高圧環境における花崗岩不連続面の透水特性2021

    • 著者名/発表者名
      佐古大地,安原英明,木下尚樹
    • 学会等名
      令和3年度地盤工学会四国支部技術研究発表会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 温度・拘束圧制御下における泥岩不連続面の剛性および摩擦強度の実験的検討2021

    • 著者名/発表者名
      大西史記,安原英明,木下尚樹
    • 学会等名
      令和3年度地盤工学会四国支部技術研究発表会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Evolution of permeability in a single granite fracture under various temperature, confining pressure, and pH conditions2020

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Yasuhara, Kiyoshi Kishida and Naoki Kinoshita
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Performance evaluation of the Lahendong geothermal field by coupled numerical model2020

    • 著者名/発表者名
      Muhammad Qarinur, Sho Ogata, Tri Rahayu, Naoki Kinoshita and Hideaki Yasuhara
    • 学会等名
      2nd International Conference on Coupled Processes in Fractured Geological Media: Observations, Modeling (CouFrac2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Prediction of permeability evolution in granite under the coupled THMC interactions with pH alteration2020

    • 著者名/発表者名
      S. Ogata, H. Yasuhara, N. Kinoshita, T. Inui, S. Mishima and K. Kishida
    • 学会等名
      2nd International Conference on Coupled Processes in Fractured Geological Media: Observations, Modeling (CouFrac2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Coupled THMC coupling simulation for estimating the long-term evolution of rock permeability depending on groundwater chemistry2020

    • 著者名/発表者名
      Ogata, S., Yasuhara, H., Kinoshita, N., Kishida, K.
    • 学会等名
      54th US Symp. on Rock Mechs./Geomechs
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Coupled THMC analysis for predicting hydro-mechanical evolution in siliceous mudstone2019

    • 著者名/発表者名
      Ogata, S., Yasuhara, H., Aoyagi, K., Kishida, K.
    • 学会等名
      53rd US Symp. on Rock Mechs./Geomechs,
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermo-hydro-mechanical modeling to simulate Lahendong geothermal field2019

    • 著者名/発表者名
      Muhammad Qarinur, Hideaki Yasuhara, Naoki Kinoshita
    • 学会等名
      The 7th Indonesia International Geothermal Convention & Exhibition (IIGCE) 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Investigation for Modeling Lahendong Geothermal Field, North Sulawesi2019

    • 著者名/発表者名
      Muhammad Qarinur, Hideaki Yasuhara, Naoki Kinoshita
    • 学会等名
      The 5th ISRM Young Scholars’ Symposium on Rock Mechanics and International Symposium on Rock Engineering for Innovative Future
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of multi-physics simulator by considering damage evolution due to mineral reactions in fractured rocks2019

    • 著者名/発表者名
      Sho Ogata, Hideaki Yasuhara and Kiyoshi Kishida
    • 学会等名
      The 5th ISRM Young Scholars’ Symposium on Rock Mechanics and International Symposium on Rock Engineering for Innovative Future
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of test apparatus using transient pulse method for rock permeability measurement2019

    • 著者名/発表者名
      Kohya Sumimoto, Hideaki Yasuhara, Naoki Kinoshita
    • 学会等名
      The 5th ISRM Young Scholars’ Symposium on Rock Mechanics and International Symposium on Rock Engineering for Innovative Future
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Simulations of flow-through experiments using the granite fractures by THMC coupled model considering pH dependence2019

    • 著者名/発表者名
      Takeru Kumagai, Hideaki Yasuhara, Naoki Kinoshita, Sho Ogata
    • 学会等名
      The 5th ISRM Young Scholars’ Symposium on Rock Mechanics and International Symposium on Rock Engineering for Innovative Future
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-01-30  

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