高レベル廃棄物処分安全評価のための不連続材料の力学

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13555127
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 堀井 秀之 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10181520)
• 研究分担者: 井上 純哉 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (70312973) ; 松本 高志 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (40301121)
• キーワード: 岩盤浸透流解析 / ジョイント / MBC解析 / 高レベル放射性廃棄物処分 / 安全性評価 / 掘削影響領域 / ジョイントネットワーク / 不連続性岩盤

研究概要

ジョイントの表面形状の計測データに基づき、3次元有限要素法解析により、与えられた直応力、平均せん断変位に対して、ジョイントの開口変位分布を求める解析手法を開発した。求めた解析結果を入力データとして、ジョイント内の非圧縮性粘性流体の解析を実施した。透水特性は異方性を示し、流れの方向に依存することが示された。透水特性の異方性はせん断変位の増加とともに大きくなり、せん断変位の方向と直交方向の透水性が高まることが明らかとなった。
せん断に伴う単一岩盤亀裂内の有効透水量係数の変化を、解析的に近似解を求めることにより評価する手法を開発した。せん断変形に伴う亀裂のダイレイションに起因する平均開口幅及び透水量係数の急激な増加を説明し、表面形状の自己相関特性による変化の特徴も示すことができた。不連続性岩盤におけるトンネル掘削の解析を、マイクロメカニクスに基づく連続体モデル(MBC)モデルを用いて実施し、異なる方向と平均間隔を有するジョイントセット毎に、ジョイントの開口変位とせん断変位の空間分布を求めた。その結果に基づき、各ジョイントの透水特性をジョイント内の浸透流解析から求め、さらにその結果をジョイントネットワーク解析の入力データして用い、ジョイントネットワークを有する岩盤の平均的透水係数を求めた。さらに、その結果に基づき、トンネル周辺岩盤の透水係数の空間分布を求め、等価連続体の浸透流解析を実施した。以上のように、本研究では、高レベル廃棄物処分の安全性評価における掘削影響領域の影響を評価する手法を提案した。

研究成果

• [文献書誌] H.Horii, Shue-Cheng Chen: "Computational fracture analysis of concretegravity dams by crack-embedded elements toward an engineering evaluation of seismic safety"Engineering Fracture Mechanics. 70. 1029-1045 (2003)
• [文献書誌] 井上純哉, 杉田博章: "確率微分方程式を用いた単一亀裂透水特性の推定"土木学会論文集. No.726/II-59. 31-39 (2003)
• [文献書誌] Y.Okui, H.Horii, K.Miura: "Micromechanics-based predictions of creep failure of hard rock for long-term safety of high-level radioactive waste disposal system"Mechanics of Materials. vol35/3-6. 587-601 (2002)
• [文献書誌] 多田浩幸, 堀井秀之, 他4名: "不連続面を考慮したダム基礎岩盤の地震時安定性評価手法の提案"土木学会論文集. No.715/III-60. 201-213 (2002)
• [文献書誌] 柳沢賢, 堀井秀之, 星谷寛: "軟岩におけるすべり面の不安定進展開始条件"土木学会論文集. No.708/III-59. 41-52 (2002)
• [文献書誌] 中川善典, 川端航, 井上純哉: "断層周辺の密度欠損を考慮した断層破壊と停止の動的解析"応用力学論文集. Vol.5. 581-590 (2002)