(57)【要約】  【課題】  比較的速やか且つ良好な精度で岩石浸透率を測定することができて、岩盤地下空洞における不攪乱状態での測定が可能であり、圧縮応力状態のみならず引張応力状態においても、その浸透率を岩盤の原位置において測定することが可能な測定システム及び測定方法を提供すること。【解決手段】  岩盤を刳り抜いて原位置に形成した中央空洞部と、中央空洞部の周りを所定厚さの原位置岩石で筒状に囲むように形成した筒状体と、筒状体の周りを所定厚さで刳り抜いて原位置に形成した外周空洞部と、中央空洞部及び外周空洞部にそれぞれ密封空間を形成するため設けた封止部材と、各密封空間にそれぞれ所望の圧力で気体を供給する気体供給手段と、各密封空間の内部の圧力を計測する圧力計測手段とを備え、各密封空間にそれぞれ異なる所望圧力で気体を供給し、両方の密封空間の圧力が一致するまで圧力の経時変化をそれぞれ計測する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
岩盤を刳り抜いて原位置に形成した中央空洞部と、該中央空洞部の周りを所定厚さの原位置岩石で筒状に囲むように形成した筒状体と、該筒状体の周りを所定厚さで刳り抜いて原位置に形成した外周空洞部と、前記中央空洞部及び前記外周空洞部にそれぞれ密封空間を形成するため設けた封止部材と、各密封空間にそれぞれ所望の圧力で気体を供給する気体供給手段と、各密封空間の内部の圧力を計測する圧力計測手段とを備えることを特徴とする岩石浸透率の測定システム。
【請求項２】
岩盤を刳り抜いて原位置に、岩石の筒状体、該筒状体内側の空洞部、及び該筒状体外側の空洞部を形成し、該筒状体の内側と外側の空洞部を密封してそれぞれ密封空間を形成し、各密封空間に気体を供給してそれぞれ異なる所望圧力に設定し、気体の供給を停止した状態で両方の密封空間の圧力が一致するまで圧力の経時変化をそれぞれ計測することを特徴とする岩石浸透率の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原位置における岩盤浸透率の測定システム及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
岩盤地下空洞の開発を行うに際しては、岩盤等の透水性を推定することが必要であり、例えば、高レベル放射性廃棄物の地層処分では、処分空洞周辺のゆるみ域における低拘束圧下の岩盤の透水性能評価が、放射性核種の漏洩に関する安全性評価の上で重要になる。
【０００３】
従来の透水性能の評価技術としては、図４に示したように、岩盤５０にボーリング孔５１を削孔し、ここに適当な材質のパッカー５２，５３を挿入し、パッカー５２，５３で区切った区間５４に水を注入し、その注入量と注入圧力、時間の関係より透水率を計算していた。しかしながら、この手法では、透水性の小さい（透水係数１０-10ｍ／ｓ程度）岩盤では測定に時間がかかり、信頼性の高い透水性の評価は困難であった。また、このようなパッカーによる測定では、動水勾配や注水方向の制御は難しく、正確な透水係数を取得することに限界があった。
【０００４】
なお、上記方法は、岩盤の原位置において透水試験を行うものであるのに対し、例えば、特開２０００−９６３１号公報（特許文献１）では、岩盤から試験体を採取し、試験室内で透水試験を行う方法が記載されている。この特許文献１では、採取地点における地圧等の条件を再現して透水性の評価を行おうとしている。しかしながら、岩盤から採取された試験体は、試験室に搬送されるまでの間に、酸化等の化学的変化あるいは物理的変化が生じ、攪乱試料となってしまうため、現地における岩盤性状を評価する方法としては、信頼性が低いという問題点がある。
【特許文献１】特開２０００−９６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、比較的速やか、且つ良好な精度で測定することができて、岩盤地下空洞における不攪乱状態での測定が可能であり、圧縮応力状態のみならず引張応力状態においても、その浸透率を岩盤の原位置において測定することが可能な測定システム及び測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、岩盤を刳り抜いて原位置に形成した中央空洞部と、該中央空洞部の周りを所定厚さの原位置岩石で筒状に囲むように形成した筒状体と、該筒状体の周りを所定厚さで刳り抜いて原位置に形成した外周空洞部と、前記中央空洞部及び前記外周空洞部にそれぞれ密封空間を形成するため設けた封止部材と、各密封空間にそれぞれ所望の圧力で気体を供給する気体供給手段と、各密封空間の内部の圧力を計測する圧力計測手段とを備えることを特徴とする岩石浸透率の測定システムが提供される。
この岩石浸透率の測定システムでは、岩石の筒状体が岩盤を刳り抜いて原位置に形成され、この岩石筒状体の内側と外側にそれぞれ中央空洞部と外周空洞部とが設けられるため、この岩石筒状体を原位置で試験体として用いて岩石浸透率を測定すれば、岩盤地下空洞における不攪乱状態での岩石浸透率の測定が可能になる。
また本発明の測定システムでは、中央空洞部と外周空洞部を封止部材で塞いでそれぞれ密封空間とし、この密封空間に気体供給手段で気体を圧入し、圧力計測手段により各密封空間の内圧の経時変化を計測することができるので、水を使用して測定する従来方法に比べて、比較的速やかに且つ良好な精度で岩石浸透率を測定することができる。さらに、本発明の測定システムでは、中央空洞部と外周空洞部の何れ側を高圧にするか適宜選択することができるため、接線方向直応力が、圧縮応力状態のみならず引張応力状態においても、その浸透率を原位置の岩盤において測定することができる。
【０００７】
また本発明では、岩盤を刳り抜いて原位置に、岩石の筒状体、該筒状体内側の空洞部、及び該筒状体外側の空洞部を形成し、該筒状体の内側と外側の空洞部を密封してそれぞれ密封空間を形成し、各密封空間に気体を供給してそれぞれ異なる所望圧力に設定し、気体の供給を停止した状態で両方の密封空間の圧力が一致するまで圧力の経時変化をそれぞれ計測することを特徴とする岩石浸透率の測定方法が提供される。
本発明の測定方法では、岩盤を刳り抜いて原位置に岩石の筒状体を形成し、その内側及び外側に空洞部を形成し、この岩石筒状体の内側及び外側の空洞部間で圧力気体を透過させる試験を原位置で行うことにより岩石浸透率を測定するので、岩盤地下空洞における不攪乱状態での岩石浸透率の測定を比較的速やか且つ良好な精度で行うことができる。また各密封空間に気体を供給し、それぞれ異なる所望圧力に設定するものであるため、高圧に設定する密封空間を適宜選択すれば、接線方向直応力が、圧縮応力状態のみならず引張応力状態においても、その浸透率を原位置の岩盤において測定することが可能である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の岩石浸透率の測定システム及び測定方法では、岩盤地下空洞における不攪乱状態での測定が比較的速やか且つ良好な精度で実施可能であり、圧縮応力状態のみならず引張応力状態においても、その浸透率を原位置の岩盤において測定可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１０】
図１は測定対象となる岩盤の断面図及び測定装置の構成例であり、図２は図１におけるII−II線に沿った断面図である。本発明に係る岩石浸透率の測定システム１では、図１及び図２に示したように、トンネル等の地下空洞における岩盤１０が刳り抜かれて原位置に入口空洞部１１が形成され、ここから岩石筒状体１２が形成され、この岩石筒状体１２の中央には中央空洞部１３が設けられ、岩石筒状体１２の外周には筒状の外周空洞部１４が設けられ、中央空洞部１３及び外周空洞部１４にそれぞれ封止部材１５が設けられて密封空間１３ａ，１４ａが形成され、各密封空間１３ａ，１４ａに配管１６ａ,１６ｂが連通される。これら配管１６ａ,１６ｂには、図１に示したように、エアタンク１７ａ,１７ｂが接続され、さらに、配管１６ｃ,１６ｄを介して調圧装置１８及びコンプレッサー１９にも接続される。
【００１１】
ここで、前記岩石筒状体１２は、図示したように、岩盤１０の中央と外周が刳り抜かれて空洞部１３，１４が形成され、円筒形に形成されたものである。また封止部材１５としては、ゴムや合成樹脂材料等から形成されたエアバッグの使用が可能であり、これを適宜調整して膨張収縮させれば、岩石筒状体１２の内外周面や岩盤表面に密着し、内部を密封空間１３ａ，１４ａとすることができる。さらに、調圧装置１８はコンプレッサー１９から供給された圧縮気体の圧力を調整するものであり、各エアタンク１７ａ,１７ｂは各密封空間１３ａ，１４ａに圧縮気体を供給する前のエアチャンバーとしての機能と、圧縮気体の供給通路を開閉する開閉バルブとしての機能をも併せ持つものである。
【００１２】
上記以外の構成としては、各密封空間１３ａ，１４ａにおける圧力を計測するための圧力センサー２４ａ及び２４ｂがバルブ２５ａ及び２５ｂより各密閉空間側の配管１６ａ及び１６ｂに配置され、圧力センサー２４ａ及び２４ｂにより取得されるデータを記録するためのデータ記録装置（図示せず）が圧力センサーに接続され、さらに、このデータ記録装置を制御するためのパソコン（図示せず）が設けられている。
【００１３】
次に、図３（ａ）〜（ｅ）により岩石筒状体１２の形成方法について説明する。
例えば、ボーリング装置等（図示せず）を使用することにより、トンネル等の地下空洞における岩盤１０に向けて、図３（ａ）のような円筒状の溝２１を形成し、この溝２１に囲まれた岩石の円筒状部分２２を切断する。これにより、入口空洞部１１が、図３（ｂ）に示されたように形成される。
次に、ボーリング装置等（図示せず）を使用し、かつ入口空洞部１１における切断面２３のほぼ中央を削孔するためのセンタリング治具を併用し、ここに図３（ｃ）のような円筒状の中央空洞部１３を形成する。そして、オーバーコアリング装置等（図示せず）を使用し、この中央空洞部１３の周りに所定厚さの岩石が残るように切断面２３の外周を切削し、図３（ｄ）のように筒状の外周空洞部１４を形成する。これにより、中央空洞部１３と外周空洞部１４で囲まれた岩石筒状体１２が形成される。
以上のように形成した試験体としての岩石筒状体１２に対し、図３（ｅ）のように封止部材１５を配置し、中央空洞部１３及び外周空洞部１４に密封空間１３ａ，１４ａを形成し、配管１６ａ〜１６ｄによりエアタンク１７ａ,１７ｂ、調圧装置１８及びコンプレッサー１９を接続する。さらに、図示していない、圧力センサー、データ記録装置、パソコンを設ければ、岩石浸透率測定システムの設置が終了する。
【００１４】
次に、図１及び図２を参照して岩石浸透率の測定方法について説明する。
以上のように岩石浸透率測定システムを設置したら、中央空洞部１３ａ及び外周空洞部１４ａに通じるバルブ２５ａ及び２５ｂを開放状態にし、コンプレッサー１９を起動する。これにより、圧縮空気はコンプレッサー１９から配管１６ｃを介して調圧装置１８に送られ、ここで所定の圧力に調整されて、配管１６ｄを介してエアタンク１７ａ,１７ｂに送られる。さらに、エアタンク１７ａ,１７ｂから、それぞれ配管１６ａ,１６ｂを介して密封空間１３ａ，１４ａに圧縮空気が送られ、両密封空間１３ａ，１４ａが所定の圧力に達したら、一旦、コンプレッサー１９を停止する。
次に、密封空間１３ａ，１４ａの何れか一方に連通するバルブ２５ａ及び２５ｂを閉鎖し、他方に連通するバルブを開放状態にし、再びコンプレッサー１９を起動させて、密封空間１３ａ，１４ａの何れか一方のみに圧縮空気を送り、所定の圧力に達したらコンプレッサー１９を停止し、バルブを閉鎖する。
以上のようにして、それぞれ密封空間１３ａ，１４ａにおける圧力を、それぞれ異なる所定値まで高めたら、両密封空間１３ａ，１４ａにおける圧力の経時的な変化をデータ記録装置に記録する。すなわち、圧縮空気は高圧側から低圧側に流れ、高圧側の圧力は低下し、低圧側の圧力は上昇し、両密封空間１３ａ，１４ａの圧力は均衡するため、この圧力の経時的な変化を記録する。このようにして得られたデータを、栗山憲、水田義明、土井昭仁による「中空円筒形岩石供試体を用いたトランジェント法による浸透率測定における数理的基礎」資源と素材、Vol.118,pp667-674(2002)に示されたような室内実験に対するのと同様の解析方法により解析すれば、岩盤の原位置における岩石浸透率を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る岩石浸透率の測定システムの断面図である。
【図２】図１におけるII−II線に沿った断面図である。
【図３】測定システムを設置するまでの工程を示した断面図である。
【図４】従来技術を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１    岩石浸透率の測定システム
１０  岩盤
１１  入口空洞部
１２  岩石筒状体
１３  中央空洞部
１３ａ  密封空間
１４  外周空洞部
１４ａ  密封空間
１５  封止部材
１７ａ  エアタンク（気体供給手段）
１７ｂ  エアタンク（気体供給手段）
１８  調圧装置（気体供給手段）
１９  コンプレッサー（気体供給手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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