(57)【要約】【課題】長期間の埋設環境を物理的に評価して地中隔離部材の埋設環境場での挙動評価を行う。【解決手段】回転アーム３を旋回させることで、保持部６に保持された容器１２に遠心力を作用させて試料に自重応力を発生させ、埋設環境が調整された容器１２の内部に遠心力により自重応力を発生させて、圧密、透水現象を加速した状態で評価し、埋設環境場での地中隔離部材の長期にわたる挙動を評価する。【選択図】  図１
2015141191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中隔離部材が埋設環境の状態にされた試料が容器に収容され、前記容器を保持して遠心力場の相似則により前記容器に応力を加え、前記試料の挙動を把握・評価することで前記地中隔離部材の埋設環境場の挙動を評価する評価装置において、
軸心を中心にして駆動回転自在に支持される中心回転軸と、
前記中心回転軸の軸方向に直交する方向に延びて前記中心回転軸に基端側が設けられる回転アームと、
前記回転アームの先端に設けられ前記容器を保持する保持部と、
前記容器の内部の前記試料の埋設環境を調整するための外力を前記容器に印加する外力印加手段と、
前記中心回転軸が回転している状態で、前記容器に収容され、前記外力印加手段により外力が印加された前記試料の状況の変化が入力され、入力された状況に基づいて地中隔離部材の埋設環境場の挙動を評価する制御手段とを備えた
ことを特徴とする地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価装置において、
前記試料が収容される容器は、前記試料に対して互いに直交する３軸方向に圧力を印加して埋設環境の状態にする容器であり、
前記外力印加手段は、
前記容器に流体圧を印加する手段である
ことを特徴とする地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価装置において、
前記容器に収容される前記試料は、
地中隔離部材の周囲に緩衝材が配され、更に、岩盤部材が周囲に配されたものであり、
前記容器は、
周辺が覆われた状態で前記試料が収容される容器本体と、
前記容器本体に設けられ前記地中隔離部材の変位を検出する非接触変位計と、
前記容器本体に設けられ前記緩衝材の膨潤状況を検出する土圧計と、
前記岩盤部材の変位を検出するひずみゲージと、
前記試料を一方向に加圧するピストンと、
一方向に交差する方向に前記試料を加圧する他方向加圧手段と、
前記試料に通水を行う通水手段とを備えた
ことを特徴とする地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物等の地中隔離部材が埋設される埋設環境場の挙動を評価する挙動評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射性廃棄物を地下深部の岩盤中に埋設処分する処分施設が知られている。放射性廃棄物を埋設処分する施設では、放射性廃棄物が容器に密閉されて地中隔離部材とされ、地中隔離部材が地下数百メートルの岩盤に埋設されている。
【０００３】
地中隔離部材は、放射性廃棄物が格納容器に密閉され、格納容器の周囲に難透水層を構築するために、透水性が極めて低いベントナイト系の材料、例えば、ベントナイトの緩衝材、もしくは、ベントナイトと砂を混合した緩衝材で格納容器が包まれて構成されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
地中隔離部材は、廃棄物の発熱による緩衝材や岩盤の変形、地下水の影響、土圧による岩盤の変形等、熱、水、応力の複合的な現象の影響を受けることになる。このため、地中隔離部材は、長年の隔離により埋設環境が変化する。
【０００５】
長期に亘り地中隔離部材を安定して埋設するためには、熱、水、応力の相互作用の影響を考慮して相当の長期に亘り埋設環境の評価を行い地中隔離部材の挙動を評価する必要がある。しかし、放射性廃棄物と格納容器との関係、格納容器と緩衝材との関係等の状況を相当長期に亘り物理的に評価することは困難であり、地中隔離部材の挙動評価は、シミュレーションにより評価を行っているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３―２１１１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、複数の要因の相互作用の影響を考慮して長期間の埋設環境を物理的に評価して地中隔離部材の埋設環境場での挙動評価を行うことができる地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価装置は、地中隔離部材が埋設環境の状態にされた試料が容器に収容され、前記容器を保持して遠心力場の相似則により前記容器に応力を加え、前記試料の挙動を把握・評価することで前記地中隔離部材の埋設環境場の挙動を評価する評価装置において、軸芯を中心にして駆動回転自在に支持される中心回転軸と、前記中心回転軸の軸方向に直交する方向に延びて前記中心回転軸に基端側が設けられる回転アームと、前記回転アームの先端に設けられ前記容器を保持する保持部と、前記容器の内部の前記試料の埋設環境を調整するための外力を前記容器に印加する外力印加手段と、前記中心回転軸が回転している状態で、前記容器に収容され、前記外力印加手段により外力が印加された前記試料の状況の変化が入力され、入力された状況に基づいて地中隔離部材の埋設環境場の挙動を評価する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に係る本発明では、中心回転軸を駆動回転させることにより、回転アームを旋回させ、保持部に保持された容器に遠心力を作用させて自重応力を発生させる。容器の内部は、外力印加手段により外力が印加されて埋設環境が調整され、遠心力により自重応力が発生している状態で試料の状況の変化が制御手段に送られる。制御手段では、入力された試料の状況の変化に基づいて、圧密、透水現象を加速した状態で評価し、埋設環境場での地中隔離部材の長期にわたる挙動を評価する。
【００１０】
これにより、複数の要因の相互作用の影響を考慮して長期間の埋設環境を物理的に評価して地中隔離部材の埋設環境場での挙動評価を行うことが可能になる。
【００１１】
そして、請求項２に係る本発明の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価装置は、請求項１に記載の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価装置において、前記試料が収容される容器は、前記試料に対して互いに直交する３軸方向に圧力を印加して埋設環境の状態にする容器であり、前記外力印加手段は、前記容器に流体圧を印加する手段であることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る本発明では、容器に流体圧を印加することにより、試料に対して互いに直交する３軸方向に流体圧力を印加して埋設環境の状態にすることができる。
【００１３】
また、請求項３に係る本発明の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価装置において、前記容器に収容される前記試料は、地中隔離部材の周囲に緩衝材が配され、更に、岩盤部材が周囲に配されたものであり、前記容器は、周辺が覆われた状態で前記試料が収容される容器本体と、前記容器本体に設けられ前記地中隔離部材の変位を検出する非接触変位計と、前記容器本体に設けられ前記岩盤部材の膨潤状況を検出する土圧計と、前記岩盤部材の変位を検出するひずみゲージと、前記試料を一方向に加圧する載荷ピストンと、一方向に交差する方向に前記試料を加圧する他方向加圧手段と、前記試料に通水を行う通水手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る本発明では、地中隔離部材の周囲に緩衝材が配され、更に、岩盤部材が周囲に配され、周辺の岩盤の影響を含めた試料により、埋設環境の評価を行うことができ、非接触変位計で地中隔離部材の変位が検出され、土圧計により岩盤部材の膨潤状況が検出され、載荷ピストン、及び、他方向加圧手段により試料を３軸方向に加圧することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価装置は、複数の要因の相互作用の影響を考慮して長期間の埋設環境を物理的に評価して地中隔離部材の埋設環境場での挙動評価を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例に係る地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価装置の全体構成を表す概略側面図である。
【図２】埋設環境部材模型である試料の外観図である。
【図３】埋設環境部材模型である試料の一部破断外観図である。
【図４】試料を収容した容器の側断面図である。
【図５】試料を収容した容器の平面断面図である。
【図６】変位の経時変化を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価装置は、地中隔離部材が埋設環境の状態にされた試料、例えば、放射性廃棄物を緩衝材で隔離し、その周囲に岩盤部材が配された試料の挙動を把握・評価する装置である。つまり、放射性廃棄物を隔離する処分施設における岩盤を含めた周辺の環境の挙動を把握・評価する装置である。
【００１８】
試料は容器に収容されて圧密、透水等の外力が印加され、地下数百メートルの環境に相当する応力が試料に加えられる。この状態で、挙動評価装置は遠心力場の相似則により容器に自重応力を発生させ、地下数百メートルの環境に相当する応力・環境（圧密、透水現象）を加速させ、埋設環境場での地中隔離部材の長期にわたる挙動を評価する。
【００１９】
図１に基づいて挙動評価装置を具体的に説明する。
【００２０】
図１には本発明の一実施例に係る地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価装置の全体構成を説明するための概略側面を示してある。
【００２１】
挙動評価装置１は、鉛直方向に延びる中心軸Ｓ（軸心）を中心に中心回転軸２が回転自在に設けられている。中心回転軸２は図示しない駆動手段により所定の回転速度で駆動回転される。中心回転軸２の下部には、水平方向（軸方向に直交する方向）に延びる回転アーム３の基端が設けられている。
【００２２】
中心回転軸２を挟んで回転アーム３の反対側にはカウンターアーム４の基端が設けられ、カウンターアーム４の先端にはカウンターウエイト５が回動自在に吊り下げ支持されている。回転アーム３の先端には保持部６が回動自在に吊り下げ支持され、保持部６には埋設環境部材模型としての試料１１（詳細は後述する）が収容された容器１２（詳細は後述する）が保持される。
【００２３】
中心回転軸２が中心軸Ｓを中心に駆動回転されることにより、回転アーム３及びカウンターアーム４が所定の速度で旋回する。回転アーム３及びカウンターアーム４の旋回により、遠心力が働いてカウンターウエイト５及び保持部６の底部が外側に回動し、回転アーム３及びカウンターアーム４と、カウンターウエイト５及び保持部６とが一直線上に配された状態で旋回する。これにより、容器１２（試料１１）の自重方向に遠心加速度が加えられる。
【００２４】
具体的には後述するが、容器１２には試料１１に外力（互いに直交する３軸方向の圧力、透水圧力）が作用する構成部材が備えられ、外力を印加するための水圧供給装置１５が備えられている。中心回転軸２には水圧供給装置１５（送水ポンプ）からの圧水を容器１２に供給するための接続部材１６が備えられ、圧力発生装置１７を介して所定の圧力の圧水が容器１２に供給される（外力印加手段）。
【００２５】
尚、試料１１を所望の温度に保持する加熱手段等、埋設環境場を再現するための機器を適宜備えることが可能である。
【００２６】
容器１２に収容された試料１１の状況（変位等）が送られる記憶手段１８が備えられ、記憶手段１８に記憶された情報は制御装置１９に送られる。制御装置１９では、自重方向に遠心加速度が加えられた状況の下での試料１１の状況（変位等）に基づいて、試料１１の挙動が評価される。具体的には、試料１１の状況（変位等）が遠心力場の相似則により加速されて評価され、例えば、地中隔離部材の埋設環境場の挙動が評価される。
【００２７】
これにより、複数の要因の相互作用の影響を考慮して長期間の埋設環境を物理的に評価して地中隔離部材の埋設環境場での挙動評価を行うことが可能になる。
【００２８】
図２、図３に基づいて試料１１の一例を具体的に説明する。図２には試料１１の外観状況、図３には試料１１の一部破断概観状況を示してある。
【００２９】
埋設環境部材の縮尺模型としての試料１１は、円柱形の地中隔離部材２１を備え、地中隔離部材２１の周囲の軸方向にベントナイト系部材のリング状の緩衝材２２が複数積層されて配されている。緩衝材２２の周囲には筒状の岩盤部材２３が配され、例えば、廃棄物を隔離する処分施設における岩盤を含めた周辺の環境の部材とされている。
【００３０】
地中隔離部材２１の上面部には、第１変位検出手段として渦電流式の非接触変位計２４（図４参照）が配され、非接触変位計２４（図４参照）により地中隔離部材２１の変位量が検出される。また、地中隔離部材２１の緩衝材２２の上面部には、膨潤検出手段としてひずみゲージ式の土圧計２５（図４参照）が設けられ、土圧計２５（図４参照）により緩衝材２２の膨潤状況（膨潤特性）が検出される。
【００３１】
岩盤部材２３の周囲の筒部には、第２変位検出手段としてのひずみセンサー２６が軸方向に複数個（図示例では４個）設けられている（ひずみセンサー２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ）。ひずみセンサー２６により、岩盤部材２３の所望位置（試料１１の所望位置）におけるひずみが検出される。
【００３２】
上述した試料１１は後述する容器に収容され、容器に保持された状態の非接触変位計２４、土圧計２５、ひずみセンサー２６により、地中隔離部材２１（廃棄物）の変位量、緩衝材２２の膨潤挙動、岩盤部材２３のひずみ量が検出される。
【００３３】
尚、地中隔離部材２１に温度調整手段としてヒーターを取り付け、実物の地下環境での所望の温度に、地中隔離部材２１の温度を制御することも可能である。
【００３４】
図４、図５に基づいて容器の一例を具体的に説明する。
【００３５】
図４には容器の側断面、図５には容器の平面断面を示してある。
【００３６】
容器１２は、試料１１を収容する容器本体３２を備え、容器本体３２に収容された試料１１に対し、軸方向及び周方向から地下数百メートルの環境に相当する応力が加えられる。即ち、試料１１は、容器本体３２の内部で互いに直交する３軸方向の面内で圧力が印加されて埋設環境の状態にされる。容器本体３２は、架台部材３３、筒状の外筒枠体３４、上蓋部材３５により構成されている。
【００３７】
容器本体３２の架台部材３３は、筒状の試料１１の下側の端面部（一方面）を支持している。架台部材３３の上面の外周部には外筒枠体３４が設けられ、外筒枠体３４の内周には、試料１１の筒面が空洞部４１（流体室となる隙間）を介して保持される。空洞部４１の試料１１の筒面との境界には弾性膜材としてのゴムスリーブ４２が配されている。
【００３８】
外筒枠体３４の上部側には、試料１１の上側の端面部（他方面）が支持される上蓋部材３５が設けられている。上蓋部材３５には非接触変位計２４、土圧計２５が保持される。
【００３９】
外筒枠体３４の内側（ゴムスリーブ４２の内側）における架台部材３３の上面側にはシリンダ室３７が形成され、シリンダ室３７の内部にはピストン３８（一方向加圧手段：外力印加手段）が設けられている。試料１１の底面（一方面）には透水板３６が設けられ、ピストン３８の駆動により透水板３６を介して試料１１が上方側（一方側）に押圧される。
【００４０】
シリンダ室３７に注水を行うための圧水供給手段４５が備えられ、圧水供給手段４５からシリンダ室３７に圧水が供給されてピストン３８が駆動される（軸圧を発生させる）。ピストン３８を介して透水板３６に送水して試料１１に通水を行う通水手段４６が備えられ、通水手段４６から試料１１に通水が行われる。
【００４１】
また、空洞部４１に圧水を供給する他方向加圧手段としての拘束圧水供給手段４７が備えられ、拘束圧水供給手段４７から空洞部４１に圧水が供給される。これにより、ゴムスリーブ４２を介して試料１１の周囲が拘束される。即ち、軸圧方向（一方向）に交差する方向に試料１１が加圧される流体圧手段とされている（他方向加圧手段：外力印加手段）。
【００４２】
また、圧水供給手段４５、通水手段４６、拘束圧水供給手段４７は挙動評価装置１（図１参照）の圧力発生装置１７（図１参照）に接続されている。
【００４３】
更に、ひずみセンサー２６の信号線が通される接続口４８が設けられ、接続口４８から信号線を通してひずみセンサー２６の検出信号が制御装置１９（図１参照）に送られる。
【００４４】
上述した挙動評価装置１の動作状況を説明する。
【００４５】
保持部６に保持された容器１２には、水圧供給装置１５、接続部材１６、圧力発生装置１７により、所定の圧水が供給され、試料１１に外力が印加される。即ち、容器本体３２に収容された試料１１に対し、ピストン３８の駆動により軸方向の圧力が印加されると共に、空洞部４１への注水により周方向から圧力が印加され、更に、通水手段４６から通水が行われる。
【００４６】
これにより、地下数百メートルの環境に相当する、地上からの圧力、岩盤からの圧力、地下水の流れ（挙動）が再現される。
【００４７】
必要に応じて、センサー類での検出値の変化では確認できない状況を直接確認するために、試料１１を容器１２に収容した直後の試料１１の内部の状況を予めＸ線により撮影しておくことができる。
【００４８】
地下数百メートルの環境に相当する状況が再現されている状態で、実物と同じ自重応力を縮尺模型で再現するため、挙動評価装置１を動作させて試料１１に自重方向に遠心加速度を加える。
【００４９】
中心回転軸２を駆動回転させることにより、回転アーム３及びカウンターアーム４を所定の速度で旋回させる。回転アーム３の旋回により、遠心力が働いて保持部６の底部が外側に回動し、地下数百メートルの環境に相当する状況が再現されている状態の試料１１に対し、自重方向に遠心加速度が加えられ、実物と同じ自重応力が再現されることになる。
【００５０】
そして、地下数百メートルの環境に相当する状況で、遠心力により実物と同じ自重応力が再現された状態で、地下水の移動や圧密・膨潤に伴う応力、ひずみが検証される。
【００５１】
即ち、実物と同じ自重応力が再現された状態で、試料１１（縮尺模型）における非接触変位計２４、土圧計２５、ひずみセンサー２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄの検出情報が、記憶手段１８に送られて記憶される。記憶手段１８に記憶された情報は制御装置１９に送られ、変位等に基づいて試料１１の挙動が評価される。
【００５２】
つまり、非接触変位計２４により地中隔離部材２１の変位量が検出され、自重による沈み込み（沈下）や緩衝材２２の膨潤による浮き上がり（浮上）等が検出される。また、土圧計２５により緩衝材２２の膨潤状況（膨潤特性）が検出され、ひずみセンサー２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄにより岩盤部材２３（緩衝材２２）の軸方向の所望位置のひずみが検出される。
【００５３】
制御装置１９では、検出状況により試料１１の状況が遠心力場の相似則により加速されて評価され、例えば、地中隔離部材２１の埋設環境場の長期の挙動が短い時間で評価される。
【００５４】
図６に基づいて非接触変位計２４、土圧計２５、ひずみセンサー２６の検出状況の一例を説明する。
【００５５】
図６には変位の経時変化を示してあり、図６（ａ）は非接触変位計２４の検出情報の経時変化、図６（ｂ）は土圧計２５の検出情報の経時変化、図６（ｃ）はひずみセンサー２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄの検出情報の経時変化である。
【００５６】
図６（ａ）に示すように、地中隔離部材２１の軸方向の変位を検出する非接触変位計２４の検出値は、小さくなる側（沈下側）の値を示した後、大きくなる側（浮上側）の値を示し、浮上後に小さくなる側（沈下側）の値となって変化する。
【００５７】
図６（ｂ）に示すように、緩衝材２２の膨潤状況を検出する土圧計２５の検出値は、地下水に相当する通水が進み、大きくなる側（膨潤側）の値を示した後、飽和されて小さくなる側の値となって変化する。
【００５８】
つまり、緩衝材２２が膨潤するまでの間は地中隔離部材２１が自重により沈下した後、緩衝材２２の膨潤に伴って地中隔離部材２１が浮上する。そして、緩衝材２２が飽和すると、地中隔離部材２１は再び自重により沈下することが評価できる。
【００５９】
図６（ｃ）に示すように、試料１１の下側のひずみセンサー２６ｄの検出値が最初に大きくなる側の値を示し、順次、ひずみセンサー２６ｃ、２６ｂ、２６ａと上側のひずみセンサー２６検出値が大きくなる側の値を示す。つまり、試料１１の自重の影響に応じて岩盤部材２３（緩衝材２２）が変位することが評価できる。
【００６０】
図６に示したように、時間加速の効果を加味した短時間での挙動を評価することで、試料１１の長期の挙動を短い時間で評価することができる。
【００６１】
これにより、地下数百メートルの環境に相当する状況（圧密、透水現象）を加速させ、地中隔離部材２１の変位（浮上、沈下）、緩衝材２２の膨潤挙動、岩盤部材２３（緩衝材２２）のひずみの計測を行うことができ、岩盤・土と地下水等の隙間流体との二相混合体において、埋設環境場での地中隔離部材２１、緩衝材２２、岩盤部材２３の長期にわたる挙動を評価することができる。
【００６２】
必要に応じて、センサー類での評価に加え、試料１１の内部の状況をＸ線により撮影し、地中隔離部材２１の実際の位置の変化、緩衝材２２の継ぎ目の変化を直接確認することができる。
【００６３】
尚、上述した実施例では、試料１１を収容した容器１２を保持部６に保持して試料１１の評価を行ったが、容器１２の形状や仕様は任意に設定することができ、場合によっては、試料１１を保持部６に直接保持することも可能である。
【００６４】
上述した挙動評価装置１では、岩盤・土と地下水等の隙間流体との二相混合体において、遠心力の付与で実物と同じ自重応力を縮尺模型の試料１１に与えることができ、埋設環境場での地中隔離部材２１、緩衝材２２、岩盤部材２３の長期にわたる挙動を評価することができ、地下水の移動や圧密・膨潤に伴う応力、ひずみの再現を行うことが可能になる。この結果、複数の要因の相互作用の影響を考慮して長期間の埋設環境を物理的に評価して地中隔離部材の埋設環境場での挙動評価を行うことが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価装置の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１  挙動評価装置
２  中心回転軸
３  回転アーム
４  カウンターアーム
５  カウンターウエイト
６  保持部
１１  試料
１２  容器
１５  水圧供給装置
１６  接続部材
１７  圧力発生装置
１８  記憶手段
１９  制御装置
２１  地中隔離部材
２２  緩衝材
２３  岩盤部材
２４  非接触変位計
２５  土圧計
２６  ひずみセンサー
３１  容器
３２  容器本体
３３  架台部材
３４  外筒枠体
３５  上蓋部材
３６  透水板
３７  シリンダ室
３８  ピストン
４１  空洞部
４２  ゴムスリーブ
４５  圧水供給手段
４６  通水手段
４７  拘束圧水供給手段
４８  接続口
【図１】
2015141191.tif 000003
【図２】
2015141191.tif 000004
【図３】
2015141191.tif 000005
【図４】
2015141191.tif 000006
【図５】
2015141191.tif 000007
【図６】
2015141191.tif 000008