(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
経時的に変形する膨潤性材料を支持する支持基台と、
前記支持基台に支持された前記膨潤性材料を所定の状態に押圧する押圧手段と、
前記押圧手段による押圧方向における前記膨潤性材料の移動量を検出する移動量検出手段と、
前記支持基台に支持された前記膨潤性材料から生じる圧力を検出する圧力検出手段と、
前記移動量検出手段、前記圧力検出手段の情報、前記膨潤性材料が配される周囲環境の物性の情報、前記押圧手段の動作の情報に基づいて、前記周囲環境における前記膨潤性材料の状況を把握する制御手段とを備え、
前記制御手段では、
前記圧力検出手段で検出される前記膨潤性材料の圧力が入力され、前記周囲環境の物性に基づいて、前記圧力における前記膨潤性材料の前記周囲環境で予想される変形量を求め、前記膨潤性材料の変形量が前記変形量に一致するように前記押圧手段を動作させ、前記押圧手段を動作させた後の前記膨潤性材料の変形量が、前記圧力検出手段で検出された前記圧力の変化に応じた前記膨潤性材料の変形量に等しくなるようにする
ことを特徴とする膨潤性材料の挙動評価試験装置。
【請求項２】
請求項１に記載の膨潤性材料の挙動評価試験装置において、
前記周囲環境は、被覆対象物を隔離するための地下環境材であり、
前記膨潤性材料は、前記被覆対象物を密封して覆って前記地下環境材に隔離設置される膨潤性材料である
ことを特徴とする膨潤性材料の挙動評価試験装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の膨潤性材料の挙動評価試験装置において、
前記膨潤性材料に水を供給する給水手段を備え、
前記膨潤性材料から生じる圧力は、前記給水手段で前記膨潤性材料に給水を行った際の膨潤に伴い生じる圧力である
ことを特徴とする膨潤性材料の挙動評価試験装置。
【請求項４】
請求項３に記載の膨潤性材料の挙動評価試験装置において、
前記支持基台は、前記膨潤性材料を一方向に変形するように支持する基台であり、
前記押圧手段は、前記膨潤性材料を一方向の任意の位置に押圧するピストンである
ことを特徴とする膨潤性材料の挙動評価試験装置。
【請求項５】
経時的に変形する膨潤性材料を一方向に変形自在に支持し、
前記膨潤性材料が膨潤した際の圧力を検出し、
前記膨潤性材料が配される周囲環境の物性に基づいて、前記圧力における前記膨潤性材料の変形量を求め、
前記膨潤性材料が前記変形量に一致するように前記膨潤性材料を押圧し、
前記圧力をもとに計算された変形量と押圧後に実際に計測される変形量が等しくなるようにする
ことを特徴とする膨潤性材料の挙動評価試験方法。
【請求項６】
請求項５に記載の膨潤性材料の挙動評価試験方法において、
前記膨潤性材料が膨潤した後の圧力は、
前記膨潤性材料に水が供給された際の膨潤による圧力である
ことを特徴とする膨潤性材料の挙動評価試験方法。
【請求項７】
請求項６に記載の膨潤性材料の挙動評価試験方法において、
膨潤による圧力が検出され、前記周囲環境の物性に基づいて、前記圧力における前記膨潤性材料の膨潤変形量を理論的に求め、
前記膨潤性材料に与えられる変形量が前記膨潤変形量に一致するように前記膨潤性材料の一方向への変形を調整し、
圧力の検出動作、膨潤変形量を求める動作、変形の調整動作を繰り返す
ことを特徴とする膨潤性材料の挙動評価試験方法。
【請求項８】
請求項７に記載の膨潤性材料の挙動評価試験方法において、
前記膨潤による前記圧力の変化量、及び、前記圧力における前記膨潤性材料の変化量が概ねゼロになった際に試験を終了する
ことを特徴とする膨潤性材料の挙動評価試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、放射性廃棄物や産業廃棄物等の処分施設における廃棄物等の部材を覆う材料の環境場における挙動評価を行うための膨潤性材料の挙動評価試験装置及び挙動評価試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、放射性廃棄物を地下に処分する場合、地下水の流れによる核種の移動を抑制するため、低透水性材料を用いた覆土等の施工が検討されている。低透水性材料としては、透水性が極めて低いベントナイト粘土系材料、例えば、ベントナイト、もしくは、ベントナイトと砂を混合した材料の使用が検討されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
ベントナイトは吸水膨潤することで隙間を埋める性質があり、締固めることで極めて低い透水性が発揮される材料であるため、地下水の移動が抑制されて、生活環境に及ぼす放射性廃棄物の影響を軽減することができる。ベントナイトは、地下水下で吸水膨潤して膨潤圧が発揮されるが、岩盤やコンクリート等、ベントナイトを拘束する周囲の環境（周囲環境）の材料等の剛性により膨潤圧が変化すると考えられている。
【０００４】
このため、従来から、周辺環境からベントナイトに作用する圧力が一定の状態でベントナイトがどのように変形するかを調べる試験（膨潤変形試験）が実施されている。また、ベントナイトの体積が変化しない状態でベントナイトが周辺環境に及ぼす圧力（膨潤圧）がどのように変化するかを調べる試験（膨潤圧試験）が実施されている。
【０００５】
膨潤変形試験や、膨潤圧試験を実験室で実施することにより、ベントナイトの特性（膨潤性）を個別に把握することができ、その上で、ベントナイトの特性を加味した透水性の評価が行われることがある。しかし、実験室では金属容器を使い、装置自体の変形は非常に小さい条件で各試験を行うのに対し，現地では、ベントナイトが配される周囲の岩盤自体も変形するため、現地におけるベントナイトの膨潤性は実験室と異なることが予想される。したがって、ベントナイトの周囲環境を考慮し、ベントナイトの拘束条件を設定して膨潤圧等の測定を行わなければ、実際の周囲環境に応じた評価にはならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３―２５５０８７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、膨潤性材料の特性を現地の周囲環境も考慮して評価することができる膨潤性材料の挙動評価試験装置及び挙動評価試験方法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に係る本発明の膨潤性材料の挙動評価試験装置は、経時的に変形する膨潤性材料を支持する支持基台と、前記支持基台に支持された前記膨潤性材料を所定の状態に押圧する押圧手段と、前記押圧手段による押圧方向における前記膨潤性材料の移動量を検出する移動量検出手段と、前記支持基台に支持された前記膨潤性材料から生じる圧力を検出する圧力検出手段と、前記移動量検出手段、前記圧力検出手段の情報、前記膨潤性材料が配される周囲環境の物性の情報、前記押圧手段の動作の情報に基づいて、前記周囲環境における前記膨潤性材料の状況を把握する制御手段とを備え、前記制御手段では、前記圧力検出手段で検出される前記膨潤性材料の圧力が入力され、前記周囲環境の物性に基づいて、前記圧力における前記膨潤性材料の前記周囲環境で予想される変形量を求め、前記膨潤性材料の変形量が前記変形量に一致するように前記押圧手段を動作させ、前記押圧手段を動作させた後の前記膨潤性材料の変形量が、前記圧力検出手段で検出された前記圧力の変化に応じた前記膨潤性材料の変形量に等しくなるようにすることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に係る本発明では、圧力検出手段で膨潤性材料から生じる圧力が検出され、周囲環境の物性に基づいて、圧力に対応する膨潤性材料の変位量（岩盤の変位量と同等）が計算により求められ、計算された変位量に一致するように膨潤性材料が押圧される状態に押圧手段が動作されて、圧力の値が変化する。膨潤性材料の圧力、変位量を的確に把握することで、一つの装置で、膨潤性材料の特性が幅広く評価される。特に、周囲環境の変形等を考慮して膨潤性材料の特性が評価される。
そして、移動量検出手段を用いて膨潤性材料の変形量を測定しながら圧力検出手段で検出される圧力における膨潤性材料の変形量に一致するように押圧手段を動作させて膨潤性材料を変形させるため、機器の歪等に拘わらず膨潤性材料の変位を的確に再現することができる。
【００１０】
そして、請求項２に係る本発明の膨潤性材料の挙動評価試験装置は、請求項１に記載の膨潤性材料の挙動評価試験装置において、前記周囲環境は、被覆対象物を隔離するための地下環境材（例えば、岩盤）であり、前記膨潤性材料は、前記被覆対象物を覆って前記地下環境材に設置される膨潤性材料であることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る本発明では、周辺環境である地下環境材（岩盤等）の変形等を考慮した状態で、即ち、膨潤性材料が岩盤等に接して配された状態で岩盤等の変形等に応じて生じる膨潤性材料の挙動（膨潤特性）が評価される。
【００１４】
尚、移動量検出手段としては、例えば、非接触型変位計が用いられ、試験体である膨潤性材料の中に埋め込んで配置することが好ましい。膨潤性材料の中に非接触型変位計を埋め込むことで、機器の歪等を確実に排除して膨潤性材料の変位を的確に再現することができる。
【００１５】
また、請求項３に係る本発明の膨潤性材料の挙動評価試験装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の膨潤性材料の挙動評価試験装置において、前記膨潤性材料に水を供給する給水手段を備え、前記膨潤性材料から生じる圧力は、前記給水手段で前記膨潤性材料に給水を行った際の膨潤に伴い生じる圧力であることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る本発明では、膨潤性材料に水を供給した際の膨潤による圧力に基づいて膨潤性材料の環境場における特性（膨潤特性）が評価される。
【００１７】
また、請求項４に係る本発明の膨潤性材料の挙動評価試験装置は、請求項３に記載の膨潤性材料の挙動評価試験装置において、前記支持基台は、前記膨潤性材料を一方向に変位するように支持する基台であり、前記押圧手段は、前記膨潤性材料を一方向の任意の位置に押圧するピストンであることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に係る本発明では、一方向に変形するように膨潤性材料を基台に支持し、ピストンにより一方向の任意の位置に膨潤性材料を押圧することができる。即ち、環境場の変形に応じた状態になるように、ピストンを動作させて膨潤性材料を変形させることができる。
【００１９】
基台は、膨潤性材料を一方向に変位するように支持するため、装置全体の変形を抑制することができる。
【００２０】
環境場では、海水、コンクリート、地熱などを原因として、地下水の塩濃度、ｐＨ、温度が変化する可能性がある。基台を取り外し自在にし、塩、高ｐＨ、高温の溶液で基台を前処理することで、地下水の塩濃度、ｐＨ、温度の変化を再現することができる。このため、塩、高ｐＨ、高温の溶液を膨潤性材料に通水して膨潤性材料の膨潤特性（膨潤圧、膨潤変形量）を把握することができ、環境場における膨潤性材料の挙動を一層厳密に評価することができる。
【００２１】
上記目的を達成するための請求項５に係る本発明の膨潤性材料の挙動評価試験方法は、経時的に変形する膨潤性材料を一方向に変形自在に支持し、前記膨潤性材料が膨潤した後の圧力を検出し、前記膨潤性材料が配される周囲環境の物性に基づいて、前記圧力における前記膨潤性材料の変形量を求め、前記膨潤性材料が前記変形量に一致するように前記膨潤性材料を押圧し、前記圧力をもとに計算された変形量と押圧後に実際に計測される変形量が等しくなるようにすることを特徴とする。
【００２２】
請求項５に係る本発明では、周囲環境の物性に基づいて、膨潤性材料が膨潤した後の圧力における膨潤性材料の変形量を求め、膨潤性材料が変形量に一致するように膨潤性材料を押圧し、圧力と変形量が等しくなるようにするので、周辺環境の変形等を考慮して膨潤性材料の特性を幅広く評価することができる。
【００２３】
そして、請求項６に係る本発明の膨潤性材料の挙動評価試験方法は、請求項５に記載の膨潤性材料の挙動評価試験方法において、前記膨潤性材料が膨潤した後の圧力は、前記膨潤性材料に水が供給された際の膨潤による圧力であることを特徴とする。
【００２４】
請求項６に係る本発明では、膨潤性材料に水を供給した際の膨潤による圧力に基づいて膨潤性材料の環境場における特性（膨潤特性）が評価される。
【００２５】
また、請求項７に係る本発明の膨潤性材料の挙動評価試験方法は、請求項６に記載の膨潤性材料の挙動評価試験方法において、膨潤による圧力が検出され、前記周囲環境の物性に基づいて、前記圧力における前記膨潤性材料の膨潤変形量を理論的に求め、前記膨潤性材料に与えられる変形量が前記膨潤変形量に一致するように前記膨潤性材料の一方向への変形を調整し、圧力の検出動作、膨潤変形量を求める動作、変形の調整動作を繰り返すことを特徴とする。
【００２６】
請求項７に係る本発明では、移動量検出手段を用いて膨潤性材料の変形量を測定しながら膨潤による圧力を受けた周辺環境の変形量に一致するように膨潤性材料の一方向への変形を調整し、それを繰り返すので、機器の歪等に拘わらず膨潤性材料の変形を的確に再現することができる。
【００２７】
また、請求項８に係る本発明の膨潤性材料の挙動評価試験方法は、請求項７に記載の膨潤性材料の挙動評価試験方法において、前記膨潤による前記圧力の変化量、及び、前記圧力における前記膨潤性材料の変化量が概ねゼロになった際に試験を終了することを特徴とする。
【００２８】
請求項８に係る本発明では、膨潤性材料の変化量が概ねゼロになった際に、膨潤による圧力の変化量が概ねゼロになって圧力から求められる膨潤性材料の変形量も概ねゼロになるため、試験を終了させる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の膨潤性材料の挙動評価試験装置、及び、膨潤性材料の挙動評価試験方法は、周辺環境の変形等を考慮して膨潤性材料の特性を幅広く評価することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例に係る膨潤性材料の挙動評価試験装置の概略構成図である。
【図２】挙動評価の概略処理フローチャートである。
【図３】膨潤圧の経時変化を表すグラフである。
【図４】変位量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】
【００３１】
被覆対象物である放射性廃棄物の処分施設では、透水性が極めて低い低透水性材料で放射性廃棄物を覆い、放射性廃棄物と低透水性材料を地下環境材としての岩盤等で隔離する施設が検討されている。低透水性材料として、ベントナイトと砂を混合した材料を用いることが検討されている。
【００３２】
本発明の膨潤性材料の挙動評価試験装置の一実施例は、膨潤性を有する膨潤性材料として、ベントナイト（ベントナイトと砂を混合した材料）の膨潤特性を評価するための挙動評価試験装置であり、周囲環境としての岩盤等の剛性等の物性に応じた膨潤特性（膨潤圧、膨潤変形量）を評価するための装置である。
【００３３】
挙動試験装置では、ベントナイトに給水することによりベントナイトが膨潤した際の膨潤圧力（圧力）が検出され、岩盤の物性に応じて、膨潤圧力が得られるベントナイトの変位量（岩盤の変形に応じたベントナイトの変位量）が求められ、求められた変位量に一致するようにベントナイトに強制変位が与えられ、給水を継続することにより、圧力と変位量とを刻々と把握し、最終的に、圧力をもとに計算される変位量と実際に測定される変位量が等しくなる状態（圧力と変位量の時間変化がゼロとみなせる状態）になるまで試験を行う。
【００３４】
必要に応じて、岩盤等からの圧力を一定と仮想し、圧力を一定に維持した状態でベントナイトの膨潤挙動を把握する膨潤変形試験を行うことができる。更に、ベントナイトの体積変化が生じない状態で岩盤側に及ぼす圧力（膨潤圧）の変化を把握する膨潤圧試験を行うことができる。
【００３５】
これにより、ベントナイトの変位量、圧力が的確に把握され、一つの装置で、ベントナイトの特性を幅広く評価することができる。特に、岩盤の変形等が考慮された状態でベントナイトの特性を幅広く評価することができる。
【００３６】
図１に基づいて本発明の一実施例に係る膨潤性材料の挙動評価試験装置を説明する。
【００３７】
図１には本発明の一実施例に係る挙動評価試験装置を概略的に表した断面状況を示してある。
【００３８】
挙動評価試験装置１のベース２には膨潤性材料であるベントナイト（ベントナイトと砂を混合した材料）３を保持する支持基台としての基台４が取り外し自在に設けられ、基台４にはベントナイト３が保持される保持部５が形成されている。保持部５の底部位には圧力検出手段としての荷重計６が設けられ、荷重計６の上側には下多孔板７が配され、下多孔板７の上にベントナイト３が載置される。保持部５には、ベントナイト３が下多孔板７の上に設置された状態で、ベントナイト３の上面に配される上多孔板８が配されている。
【００３９】
上多孔板８の下面側には移動量検出手段としての非接触型変位計１１が配され、非接触型変位計１１はベントナイト３に埋め込まれた状態で取り付けられている。非接触型変位計１１の下端に対向して下多孔板７の上面側には非接触型変位計１１で検出される検出部１２が設けられている。非接触型変位計１１により検出部１２を検出することで、非接触型変位計１１から検出部１２までの隙間量、即ち、ベントナイト３の上面の上下方向の位置（高さ）が検出される。
【００４０】
非接触型変位計１１はベントナイト３に埋め込まれた状態で取り付けられているので、挙動評価試験装置１の機器の歪等を確実に排除してベントナイト３の変位量を検出することができ、機器の全体の歪等を無視してベントナイト３の変位を的確に検出（再現）することができる。
【００４１】
基台４の周囲のベース２には一対の支柱１５が設けられ、支柱１５に亘りアーム柱１６が掛け渡されている。保持部５に対応する位置のアーム柱１６には、押圧手段２１が設けられている。押圧手段２１は、アーム柱１６に固定される駆動部２２（モータ）を備え、駆動部２２の駆動によりピストン２３が上下方向に移動して上多孔板８（ベントナイト３）が所定の状態に押し付けられる（押圧される）。
【００４２】
基台４は、ベントナイト３を一方向（上方向）に変位するように支持する基台とされ、押圧手段２１は、ベントナイト３を一方向（下方向）の任意の位置に押圧するピストン２３が備えられている。つまり、環境場の変形に応じた圧力の状態になるように、ピストン２３を動作させてベントナイト３を変位させることができる。
【００４３】
基台４は、ベントナイト３を一方向のみに変位するように支持するため、その一方向の変位さえ制御できれば、挙動評価試験装置１の全体の変形を抑制することができる。また、基台４が取り外し自在になっているので、別の場所や環境条件にて塩、高ｐＨ、高温の溶液で基台４を前処理することができ、後述する給水を行う際に、塩、高ｐＨ、高温の溶液をベントナイト３に通水してベントナイト３の膨潤特性（膨潤圧、膨潤変形量）を把握することができる。
【００４４】
下多孔板７には給水ライン２５が接続され、上多孔板８には給水手段としての排水ライン２６が接続されている。下多孔板７と上多孔板８にベントナイト３が挟持されている状態で、給水ライン２５から給水を行うことで、ベントナイト３に水が底面から均等に送られてベントナイト３が膨潤し、余分な水が排水ライン２６から排出される。
【００４５】
押圧手段２１の駆動部２２は、制御装置３１の指示信号に基づいて駆動される。制御装置３１の指示により、ピストン２３が上下方向に移動制御され、ベントナイト３が所定の状態に押圧される。制御装置３１の指示信号に基づいて給水ライン２５からの給水（排水ライン２６からの排水）が制御される。
【００４６】
制御装置３１には、荷重計６の検出情報、非接触型変位計１１の検出情報が入力される。そして、制御装置３１には、ベントナイト３が配される周囲環境である岩盤等の物性の情報（例えば、弾性係数Ｅ）が記憶されている。
【００４７】
つまり、ベントナイト３に所定の給水を行った状態で、荷重計６で膨潤圧力（変位圧力）が検出され、岩盤等の物性に基づいて、圧力変化に応じたベントナイト３の変位量が求められ、変位量に一致する状態にベントナイト３が変位するように押圧手段２１が動作される。即ち、ベントナイト３の圧力変化に対する変形量が岩盤等の変形量と対応する形で再現される。
【００４８】
このため、岩盤等の物性に応じて、ベントナイト３の圧力、変位量の変化を的確に把握することで、一つの装置で、ベントナイト３の特性が幅広く評価することができる。特に、岩盤の変形等を考慮してベントナイト３の特性を評価することができる。
【００４９】
挙動評価を行う際には、図１に示した状態にベントナイト３がセットされる。即ち、下多孔板７と上多孔板８にベントナイト３が挟持され、押圧手段２１の駆動部２２の駆動によりピストン２３が駆動され、非接触型変位計１１の検出値に基づいて、上多孔板８の位置（ベントナイト３の上面の位置）が所定位置に設定される。
【００５０】
ベントナイト３を所定の状態にセットした状態で、給水ライン２５から給水を行ってベントナイト３を膨潤させ、ベントナイト３の挙動を評価する。
【００５１】
図２から図４に基づいて挙動評価のための試験方法の概略を説明する。
【００５２】
図２には挙動評価試験装置における挙動評価の概略処理の流れ、図３には膨潤圧の経時変化、図４には変位量の経時変化を示してある。
【００５３】
図２に示すように、ステップＳ１で岩盤等の物性の情報（例えば、弾性係数Ｅ）が読み込まれる。ステップＳ２で給水が開始され、初期の圧力で保持されたベントナイト３に水が供給され、ベントナイト３が膨潤する。所定時間が経過した後、ステップＳ３で荷重計６の情報（膨潤圧力の増加）が読み込まれる（ΔＰ）。つまり、鉛直方向に膨潤した際の圧力の増加ΔＰが読み込まれる。ベントナイト３の高さも同時に読み込まれる。
【００５４】
ステップＳ４で、ベントナイト３の高さ、ならびに、ΔＰと弾性係数Ｅに基づいて岩盤等の物性に応じてΔＰが発生する変位量ΔＬが演算される。即ち、ΔＰが発生したときに、岩盤等の物性に応じてベントナイト３がどの程度膨張して変位するか（岩盤等が変形してベントナイト３がどの程度変位するか）の変位量ΔＬが演算される。ここでは、ひずみを算出するために、各時刻におけるベントナイト３の高さも使用する。
【００５５】
ステップＳ５で、押圧手段２１の駆動部２２を駆動し、ピストン２３を上昇させて変位量ΔＬが得られるようにベントナイト３の押圧を制御する。変位量ΔＬは非接触型変位計１１の検出情報に基づいてフィードバック制御される。これにより、岩盤等に隔離された状態での岩盤等の変形に応じたベントナイト３の変位の状態を再現することができる。
【００５６】
ステップＳ６で、変位量ΔＬとΔＰがほぼゼロになっているか否かが判断される。つまり、岩盤等からの反力（圧力ΔＰ）から算出される変位量ΔＬがほとんどゼロか（岩盤等からの反力、膨潤による変形がなくなっているか）が判断される。
【００５７】
ステップＳ６で、変位量ΔＬとΔＰがほぼゼロになっていないと判断された場合、ステップＳ３からの処理を繰り返り、ステップＳ６で、変位量ΔＬとΔＰがほぼゼロになっていると判断された場合、処理が終了となる。
【００５８】
このため、岩盤等の特性に応じて、ベントナイト３の変位量、圧力が的確に把握され、岩盤の変形等が考慮された状態でベントナイト３の特性を評価することができる。
【００５９】
図３に示すように、岩盤等の弾性係数が大きい場合（実線）、弾性係数が小さい場合（点線）に比べ、膨潤圧が大きくなる結果が得られる。また、図４に示すように、岩盤等の弾性係数が大きい場合（実線）、弾性係数が小さい場合（点線）に比べ、変位量が小さくなる結果が得られる。
【００６０】
このように、岩盤等が異なると、同じベントナイト３であっても膨潤圧、変位量が異なるため、岩盤等の物性を考慮することで、適用する場所におけるベントナイト３の特性を的確に評価することができる。
【００６１】
上述した挙動評価試験装置で、押圧手段２１の駆動状況を制御することで、反力が一定の状態でベントナイト３がどのように変形するかの試験（膨潤変形試験）を実施することができる。また、押圧手段２１の駆動状況を制御することで、膨潤させてもベントナイト３が変形しない状態に押圧手段２１を駆動させ、周辺環境からの反力がどのように変化するか（膨潤圧試験）を実施することができる。
【００６２】
上述した挙動評価試験装置での具体的な試験方法の手順を以下に示す。
【００６３】
試験を開始するに際し、以下の手順で事前準備を行う。
【００６４】
非接触型変位計１１を挿入する穴を確保した試験体（ベントナイト３）を作製する。試験体（ベントナイト３）と同等の硬質、中空のダミー供試体を作製する。ダミー供試体を挙動評価試験装置にセットし、ピストン２３を一定圧力でダミー供試体に押し付けて接触させる。非接触型変位計１１と検出部１２の間に所定の隙間（例えば、０.０５ｍｍ）が生じるように、非接触型変位計１１をピストン２３に挿入して固定する。この状態の非接触型変位計１１の位置が基準となる。
【００６５】
ダミー供試体と試験体（ベントナイト３）を入れ替え、ピストン２３を試験体（ベントナイト３）に一定圧力で押し付けて接触させる。非接触型変位計１１の基準位置からのずれを計測し、試験体（ベントナイト３）の高さを補正する。試験体（ベントナイト３）を押し付ける圧力が一定圧力となるように機械制御し、非接触型変位計１１の値が時間の経過に拘わらず概ね一定になるまで待機する。つまり、試験体（ベントナイト３）が湿度で膨潤変形する分を見極め、給水した後の挙動と混同しないようにするために待機する。
【００６６】
挙動評価試験装置は次のＡ、Ｂの状況での使用が可能になっている。
Ａ.例えば、極めて剛性が高い金属容器の中で、試料が吸水膨潤することを想定する場合、非接触型変位計１１の値が変化しないように変位制御して給水を開始する。
Ｂ.例えば、岩盤やコンクリートのような変形性を有する材料に囲まれた状態で試料が吸水膨潤を想定する場合、ピストン２３が試験体（ベントナイト３）を押す圧力を上述した概略の処理のようにして制御して給水を開始する。
【００６７】
Ｂの状況での処理は、前述した処理フローで概略を説明したが、処理の流れ（具体的な方法）は以下の通りである。
【００６８】
（１）岩盤やコンクリート等の剛性（物性）として、弾性係数Ｅを制御装置に記憶させ、想定される最大の膨潤圧から弾性係数Ｅを用いて最終的に生じるひずみ量（変位量ΔＬ）を計算する。荷重測定の時間間隔ΔＴを設定する。
【００６９】
（２）時間間隔ΔＴにおける膨潤圧の増加ΔＰと弾性係数Ｅ、及び、試験体（ベントナイト３）の大きさ（高さ）から、ΔＰにより岩盤やコンクリート等が押し込まれると類推される変位量ΔＬが理論的に算出される。
【００７０】
尚、膨潤圧ΔＰは、吸水の初期に膨潤圧の増加が著しいと想定される場合、膨潤圧の最大値とそこに至るまでの時間を仮定し、１回の測定で得られる荷重増加分が大きくなり過ぎないように設定する。必要に応じて、荷重増加分が荷重計６の最小分解能より小さくならないように荷重測定の時間間隔を再設定することができる。
【００７１】
（３）ひずみ量（変位量ΔＬ）の分だけ、非接触型変位計１１の位置を補正する。つまり、ピストン２３を上昇させて変位量ΔＬが得られるように試験体（ベントナイト３）の押圧を制御する。変位量ΔＬは非接触型変位計１１でフィードバック制御され、実際に岩盤やコンクリート等が変位した状態が再現される。
【００７２】
（４）時間間隔ΔＴが経過した後、（２）の手順を繰り返す。ΔＰ、ひずみ量（変位量ΔＬ）が概ねゼロになるまで繰り返され、反力と変位が釣り合ったら（岩盤やコンクリートなどから想定される反力、膨潤による変位がなくなったら）試験を終了する。つまり、時間間隔ΔＴにおけるΔＰが十分に小さくなったら試験を終了する。
【００７３】
ここで、時間間隔ΔＴが短すぎると、ひずみ量（変位量ΔＬ）を補正した際に生じる負圧を荷重計６が検出し、非接触型変位計１１の位置の補正が収束しないことが考えられる。この場合は、時間間隔ΔＴを長く設定する。
【００７４】
また、弾性係数Ｅを小さく設定しすぎると、非接触型変位計１１の一度の補正量が大きくなり、荷重計６が検出する負圧が大きくなるため、非接触型変位計１１の位置の補正が収束しないことが考えられる。この場合は、弾性係数Ｅを大きく設定するか、時間間隔ΔＴを小さくする。
【００７５】
上述したように、本発明の挙動評価試験装置は、マイクロメートルレベルの微小変位制御により、岩盤やコンクリート等の剛性を模擬し、ベントナイトの挙動評価試験を行うことができる。挙動評価試験装置における微小変位制御は、ナノメートル、ミリメートルのレベルで行うことも可能である。
【００７６】
即ち、微小変位測定に際しては、装置全体、あるいは、装置の各部のひずみを無視してベントナイト３の高さだけを測定するために、ベントナイト３に非接触型変位計１１を埋め込むことで測定精度を確保している。そして、実環境において岩盤やコンクリート等に生じ得るひずみを計算し、ひずみに基づいて変位を自動的に制御している。また、拘束圧力を一定にした膨潤変形試験、変位を拘束することによる膨潤圧試験を行うことも可能になっている。
【００７７】
そして、本発明の挙動評価試験方法は、岩盤やコンクリート等の硬さを機械的に再現し、様々な剛性を有する岩盤やコンクリートに接する膨潤性の試験体（ベントナイト３）の挙動を的確に再現することができる。
【００７８】
即ち、試験体（ベントナイト３）が吸水し始めた直後から微小時間当たりの圧力増加を計測し、岩盤やコンクリート等の力学物性値を用いた計算により、圧力増加分により岩盤やコンクリート等に生じるひずみを瞬時に求め、ひずみ相当の変位を試験体（ベントナイト３）にフィードバックしている。そして、吸水膨潤特有の非線形の圧力増加過程を考慮した測定感度で、フィードバックの繰り返し制御を行っている。
【００７９】
また、岩盤やコンクリート等に亀裂や隙間が生じることが想定されるため、急激な拘束圧力低下や強制変位を作用させることにより、これらの減少を調べることができる。
【００８０】
このため、実環境において予想される膨潤特性を取得してデータベースとの対応関係を得ることができ、試験体（ベントナイト３）の挙動評価の精度を格段に高めることができる。そして、例えば、放射性廃棄物や産業廃棄物等の処分施設の処分環境におけるベントナイトと岩盤等の相互作用や、法面の補強環境におけるコンクリート等と土砂との力学的な相互作用を的確に評価することができる。
【００８１】
従って、上述した膨潤性材料の挙動評価試験装置１、及び、膨潤性材料の挙動評価試験方法を用いることで、周辺環境の変形等を考慮して膨潤性材料の特性を幅広く評価することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、膨潤性材料の挙動評価試験装置及び膨潤性材料の挙動評価試験方法の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１  挙動評価試験装置
２  ベース
３  ベントナイト
４  基台
５  保持部
６  荷重計
７  下多孔板
８  上多孔板
１１  非接触型変位計
１２  検出部
１５  支柱
１６  アーム柱
２１  押圧手段
２２  駆動部
２３  ピストン
２５  給水ライン
２６  排水ライン
３１  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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