高レベル放射性廃棄物の地層処分に資するための坑道掘 Title削損傷領域の水理 力学特性の評価に関する研究 ( Dissertation_ 全文 ) Author(s) 青柳, 和平 Citation 京都大学 Issue Date URL

Title

高レベル放射性廃棄物の地層処分に資するための坑道掘

削損傷領域の水理・力学特性の評価に関する研究(

Dissertation_全文 )

Author(s)

青柳, 和平

Citation

京都大学

Issue Date

2017-03-23

URL

https://doi.org/10.14989/doctor.k20322

Right

許諾条件により本文は2018-03-01に公開; 公開に際し，出

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Type

Thesis or Dissertation

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ETD

高レベル放射性廃棄物の地層処分

に資するための

坑道掘削損傷領域の水理・力学特性の

評価に関する研究

1

高レベル放射性廃棄物の地層処分に資するための

坑道掘削損傷領域の水理・力学特性の

評価に関する研究

工学研究科 社会基盤工学専攻

資源工学講座 地殻開発工学分野

青柳 和平

i

目 次

第 1 章 緒論 ... 1 1.1 緒言 ... 1 1.2 既往の研究事例 ... 4 1.2.1 EDZ の水理・力学特性に関する既往研究 ... 4 1.2.2 坑道の安定性に関する既往研究 ... 6 1.3 本研究の目的 ... 7 参考文献 ... 9 第 2 章 地下空洞のブレイクアウトに対する中間主応力の影響の実験的検討 ... 14 2.1 緒言 ... 14 2.2 実験方法 ... 15 2.2.1 ブレイクアウト発生応力条件の評価 ... 15 2.2.2 供試体 ... 16 2.2.3 載荷装置および観測方法 ... 18 2.2.3.1 載荷装置 ... 18 2.2.3.2 孔壁の変形とブレイクアウトの観測方法 ... 19 2.2.4 供試体への載荷条件 ... 21 2.2.5 ブレイクアウト観測の着目時点 ... 22 2.3 実験結果 ... 23 2.3.1 実験結果概要 ... 23 2.3.2 ひずみ測定，剥離した岩片の質量測定結果 ... 24 2.3.3 カメラの映像による破壊進展の観察結果 ... 24 2.3.4 X 線 CT 画像による破壊形状の検討 ... 26 2.4 ブレイクアウト発生および進展に対する中間主応力の影響 ... 28 2.4.1 CS 供試体 ... 29 2.4.2 大谷石供試体 ... 30 2.5 考察 ... 31 2.5.1 比較の対象とした破壊規準 ... 31 2.5.1.1 Modified-Lade 規準 ... 32 2.5.1.2 Drucker-Prager 規準 ... 33 2.5.1.3 茂木の規準 ... 33 2.5.2 実験結果との比較 ... 34 2.5.3 ブレイクアウト発生時の応力状態の定量評価への課題 ... 36 2.6 結言 ... 37 参考文献 ... 39

ii 第 3 章 物理探査結果に基づく坑道周辺の掘削損傷領域の経時変化に関する検討 ... 41 3.1 緒言 ... 41 3.2 原位置試験の概要 ... 41 3.2.1 幌延深地層研究センターの概要 ... 41 3.2.2 弾性波トモグラフィ調査 ... 44 3.2.3 比抵抗トモグラフィ調査 ... 46 3.3 原位置調査結果 ... 48 3.3.1 弾性波トモグラフィ調査 ... 48 3.3.2 比抵抗トモグラフィ調査 ... 50 3.3.3 地質観察による割れ目分布の検討 ... 53 3.3.4 坑道壁面岩石の飽和度の計測 ... 55 3.4 考察 ... 56 3.4.1 岩盤の弾性波速度や比抵抗に影響を与える要因 ... 56 3.4.2 調査領域内部の割れ目の密度と弾性波速度の関係 ... 57 3.4.2.1 調査領域周辺の三次元割れ目モデルの作成 ... 57 3.4.2.2 割れ目密度と弾性波速度の関係 ... 58 3.4.2.3 EDZ の経時変化と長期計測に対する課題 ... 60 3.5 結言 ... 61 参考文献 ... 62 第 4 章 掘削損傷領域の水理・力学特性の経時変化に関する検討 ... 64 4.1 緒言 ... 64 4.2 実験の概要 ... 64 4.2.1 幌延深地層研究センター ... 64 4.2.2 原位置試験 ... 66 4.2.2.1 割れ目の観察 ... 66 4.2.2.2 透水試験 ... 68 4.3 EDZ の水理・力学特性 ... 70 4.3.1 坑道周辺の割れ目の分布と産状 ... 70 4.3.2 坑道周辺岩盤の透水性 ... 72 4.4 EDZ 発生に関する数値解析的検討 ... 75 4.4.1 解析条件 ... 75 4.4.2 破壊規準の設定 ... 76 4.4.3 坑道周辺岩盤の破壊進展およびそのメカニズム ... 80 4.5 考察 ... 83 4.6 結言 ... 84 参考文献 ... 86

iii 第 5 章 結論 ... 89 5.1 本論文の結論 ... 89 5.2 今後の研究の展望 ... 91 謝辞 ... 93 補遺 1 人工堆積岩および大谷石供試体の真三軸圧縮試験結果 ... 95 A.1 CS-A 供試体の試験結果 ... 95 A1.1 実験結果概要 ... 95 A1.2 X 線 CT 画像による破壊形状の検討 ... 96 A.2 CS-B 供試体の試験結果 ... 98 A2.1 実験結果概要 ... 98 A2.2 X 線 CT 画像による破壊形状の検討 ... 100 A.3 大谷石供試体の試験結果 ... 102 A3.1 実験結果概要 ... 102 A3.2 X 線 CT 画像による破壊形状の検討 ... 103 補遺 2 本研究課題に関連した投稿論文リスト ... 105

1

第 1 章 緒 論

1.1 緒 言 わ が 国 で は 原 子 力 発 電 が エ ネ ル ギ ー の 供 給 源 と し て 重 要 な 役 割 を 果 た し て き て い る ． 原 子 力 発 電 等 の 原 子 力 の 利 用 ， お よ び 原 子 力 の 研 究 ， 開 発 に 伴 い ， 廃 棄 物 が 発 生 す る ． こ れ ら の 廃 棄 物 は 放 射 性 物 質 を 含 ん で お り ， 放 射 性 廃 棄 物 と 呼 ば れ る ． こ れ ら の 廃 棄 物 は ， 表 1.1 に 示 す よ う に 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 お よ び 低 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 に 分 類 さ れ て い る 1 )_． 表 1.1 放 射 性 廃 棄 物 の 分 類 1 ) 原 子 力 発 電 で は ， 発 電 に 用 い ら れ た 燃 料 を 再 処 理 し ， 約 90%に 相 当 す る 未 使 用 の ウ ラ ン や 生 成 し た プ ル ト ニ ウ ム を 取 り 出 し て 燃 料 と し て 再 び 用 い る こ と に よ り ， ウ ラ ン 資 源 を 有 効 に 活 用 す る ， 核 燃 料 サ イ ク ル の 概 念 が 提 唱 さ れ て い る ． 再 処 理 工 程 に お い て ウ ラ ン や プ ル ト ニ ウ ム を 回 収 し た 結 果 ， 高 い 放 射 能 を 持 つ 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 液 が 残 る ． こ の 廃 液 を 溶 融 し た ガ ラ ス に 溶 か し 込 み ， ス テ ン レ ス 製 の キ ャ ニ ス タ ー に 封 入 し ， ガ ラ ス 固 化 体 を 作 製 す る ． 日 本 で は ， 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 液 と ガ ラ ス 固 化 体 を 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 と 称 し て い る 1 )_{． こ れ ま で に 原 子 力 発 電} に 伴 っ て 生 じ た 使 用 済 み 燃 料 を す べ て 再 処 理 し て ガ ラ ス 固 化 体 に す る と ， 約 24,8 00 本 に な る と い わ れ て お り ， 201 6 年 3 月 末 現 在 ， 2,3 00 本 の ガ ラ ス 固 化 体 が 廃棄物の分類 種類 内容 高レベル放射性 廃棄物 高レベル放射性廃液 ガラス固化体 使用済み燃料再処理過程でウラン・ プルトニウム抽出後に生じる廃液 発電所廃棄物 原子力発電所の運転，定期検査，廃止・ 解体措置に伴い発生 TRU廃棄物 再処理施設，ウランープルトニウム混合酸 化物（MOX)燃料加工施設の操業・解体 に伴い発生 ウラン廃棄物 ウランの濃縮，転換，成型加工に伴って 発生するウランを含んだ放射性廃棄物 RI廃棄物 放射性同位体元素（RI）を使用した施設 から発生する放射性廃棄物 研究所棟廃棄物 試験研究炉や核燃料物質使用施設等 の事業所から発生する放射性廃棄物 低レベル放射性 廃棄物

2 製 造 さ れ ， 青 森 県 六 ケ 所 村 お よ び ， 茨 城 県 東 海 村 の 再 処 理 施 設 に お い て 貯 蔵 さ れ て い る ． こ の ガ ラ ス 固 化 体 が 有 す る 放 射 能 が 天 然 の ウ ラ ン 鉱 石 が も つ 放 射 能 と 同 レ ベ ル に な る ま で に は ， 数 万 年 程 度 と い う 時 間 を 要 す る ． 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 で あ る ガ ラ ス 固 化 体 を ， 人 間 環 境 へ の 有 意 な 影 響 が な い よ う に 永 久 的 に 隔 離 す る た め に ， さ ま ざ ま な 概 念 が 提 唱 さ れ て き た が ， 人 間 が 容 易 に 接 近 で き な い 地 下 深 く へ 埋 設 す る 地 層 処 分 が ， 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 対 策 の 基 本 方 針 と さ れ て き た ． 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 の 地 層 処 分 に 関 し て は ， 1999 年 に 核 燃 料 サ イ ク ル 機 構 （ 現 日 本 原 子 力 研 究 開 発 機 構 ）が ，「 わ が 国 に お け る 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 地 層 処 分 の 技 術 的 信 頼 性 － 地 層 処 分 研 究 開 発 第 2 次 取 り ま と め － 」と 題 す る 技 術 報 告 書 を 発 表 し ， 日 本 に お け る 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 の 技 術 的 な 信 頼 性 を 示 し ， 日 本 に お い て 地 層 処 分 が 可 能 で あ る と 結 論 づ け た 2 )_{．こ の 第 二 次 取 り ま と め を 受 け ，2000} 年 6 月 に 特 定 放 射 性 廃 棄 物 の 最 終 処 分 に 関 す る 法 律 （ 最 終 処 分 法 ） が 制 定 さ れ ， 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 を 深 度 300m 以 深 の 安 定 し た 地 層 へ 埋 設 す る ， 地 層 処 分 が 法 制 化 さ れ た ． 2007 年 の 改 正 で は ， ガ ラ ス 固 化 体 に 加 え ， 表 1.1 に 示 し た 低 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 の う ち ， 長 期 間 に わ た り 環 境 に 影 響 を 及 ぼ す 長 半 減 期 低 発 熱 放 射 性 廃 棄 物 （ TRU 廃 棄 物 ）の 一 部 が 地 層 処 分 低 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 と 定 義 さ れ ，地 層 処 分 対 象 と し て 追 加 さ れ た ． 最 終 処 分 法 に 基 づ き ， 2000 年 10 月 に 地 層 処 分 の 実 施 主 体 と し て 原 子 力 発 電 環 境 整 備 機 構 （ NUMO） が 設 立 さ れ た ． さ ら に ， 地 層 処 分 技 術 開 発 や 地 層 科 学 研 究 に 資 す る た め の 地 下 研 究 施 設 と し て ，2003 年 に は 花 崗 岩 を 対 象 と し た 瑞 浪 超 深 地 層 研 究 所 が ，2007 年 に 堆 積 岩 を 対 象 と し た 幌 延 深 地 層 研 究 セ ン タ ー の 掘 削 が 開 始 さ れ た ． 現 在 は 両 研 究 施 設 の 地 下 調 査 坑 道 内 で ， 各 種 の 原 位 置 試 験 が 継 続 し て 行 わ れ て お り ， 地 層 処 分 技 術 開 発 が 進 ん で い る ． 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 の 地 層 処 分 に お い て ， 処 分 場 建 設 時 に は ， こ れ ま で に 類 を 見 な い 規 模 の 地 下 空 間 開 発 が 実 施 さ れ る 見 込 み で あ る ．処 分 場 の 詳 細 と し て は ， 工 事 要 員 の 移 動 や 廃 棄 体 ， 建 設 資 材 の 運 搬 お よ び 換 気 に 必 要 な 6 本 の 立 坑 ， 1 本 の 斜 坑 と い っ た ア ク セ ス 坑 道 や ， 数 キ ロ メ ー ト ル 四 方 の 敷 地 に ， 数 百 km に お よ ぶ 処 分 坑 道 群 （ パ ネ ル ） を ， 深 度 300m 以 深 に 建 設 す る こ と を 想 定 し て い る 3 )_． ま た ， 放 射 性 廃 棄 物 の 地 表 へ の 漏 え い を 防 ぐ た め に ， 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 液 を 溶 か し 込 ん だ ガ ラ ス 固 化 体 を ， 炭 素 鋼 製 の オ ー バ ー パ ッ ク に 封 入 し ， さ ら に そ の 外 側 を ベ ン ト ナ イ ト と 珪 砂 で 作 製 し た 緩 衝 材 ブ ロ ッ ク で 覆 う ． こ れ ら を 人 工 バ リ ア と 称 し ，約 1000 年 間 の 核 種 の 漏 え い を 防 ぐ 役 割 を 期 待 し て い る ．さ ら に 人 工 バ リ ア の 外 側 を 覆 う 岩 盤 は 天 然 バ リ ア と 呼 ば れ ， 地 表 へ の 放 射 性 物 質 の 漏 え い を 遅 延 さ せ る 効 果 を 期 待 し て い る 4 )_． 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 の 地 層 処 分 の た め の 処 分 場 建 設 で は ， 先 述 の と お り 大 規

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模 な 地 下 空 洞 建 設 が 予 定 さ れ て い る ． 掘 削 に よ り 壁 面 周 辺 岩 盤 に 応 力 集 中 が 発 生 し ，岩 盤 内 に 微 小 な 割 れ 目 が 発 達 し ，そ れ ら が 連 結 し 合 っ て ，透 水 性 が 増 大 す る ． こ の 現 象 が 生 じ う る 領 域 は ，掘 削 損 傷 領 域（ Excavation Damaged Zone, EDZ）と 呼 ば れ る ．処 分 場 建 設 時 に 立 坑 や 処 分 坑 道 を 含 む 坑 道 群 周 辺 に EDZ が 発 達 し て 透 水 性 の 増 大 が 生 じ た 場 合 ， 廃 棄 体 を 埋 設 し ， 坑 道 全 体 を 埋 め 戻 し た 後 に 核 種 の 主 要 な 移 行 経 路 に な る こ と が 想 定 さ れ て い る 4 ) 5 )_{．し た が っ て ，高 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物} の 地 層 処 分 に お い て ， 核 種 移 行 を 遅 延 さ せ る 天 然 バ リ ア と し て の 作 用 を 持 つ 岩 盤 の 性 能 評 価 の 観 点 で ， EDZ の 検 討 が 重 要 と な る ． EDZ の う ち ，坑 道 掘 削 の 応 力 集 中 の 影 響 に 伴 う 岩 盤 損 傷 の 進 展 に よ り 壁 面 岩 盤 が 剥 離 ・ 崩 落 す る 現 象 ， す な わ ち ブ レ イ ク ア ウ ト が 生 じ う る 領 域 は ， EDZ と 区 別 し て Highly Damaged Zone (HDZ)に 分 類 す る 概 念 も 提 唱 さ れ て い る 6 )_{．立 坑 や 斜 坑} と い っ た ア ク セ ス 坑 道 や 廃 棄 体 を 埋 設 す る 処 分 坑 道 と い っ た 処 分 施 設 建 設 時 に 生 じ う る HDZ は ，落 盤 と い っ た 掘 削 作 業 の 安 全 性 や ，支 保 の 変 状 と そ の 修 繕 に よ る 工 程 の 遅 延 と い っ た 建 設 コ ス ト の 増 大 に 影 響 を 及 ぼ す こ と が 想 定 さ れ る ． 廃 棄 体 を 埋 設 す る 処 分 孔 周 辺 の 崩 落 に よ り 坑 径 が 拡 大 し た 場 合 は ， 埋 設 し た 人 工 バ リ ア の う ち ， 緩 衝 材 ブ ロ ッ ク の 膨 潤 量 が 多 く な る こ と か ら ， 所 定 の 膨 潤 性 能 を 発 揮 せ ず ， 処 分 ピ ッ ト 内 で 緩 衝 材 の 液 状 化 が 発 生 し て 流 出 し て い き ， 人 工 バ リ ア に 期 待 す る シ ー リ ン グ の 性 能 を 満 足 し な く な る こ と も 懸 念 さ れ る ． し た が っ て ， 放 射 性 核 種 の 地 上 へ の 漏 え い の 解 析 等 の 安 全 評 価 お よ び ， 処 分 場 建 設 時 の 安 全 確 保 の 検 討 や 支 保 設 計 と い っ た 工 学 的 な 観 点 か ら ，EDZ の 透 水 性 の 検 討 や 発 達 様 式 の 検 討 ， EDZ の 長 期 的 な 挙 動 の 把 握 が 重 要 と な る ． 以 上 を 踏 ま え ， 本 章 で は ， EDZ の 進 展 幅 や 透 水 性 の 増 大 ， 損 傷 度 合 の 評 価 手 法 に 関 し て ， 既 往 の 研 究 事 例 を 調 査 し ， 検 討 す べ き 課 題 点 を 抽 出 し た ． さ ら に ， 抽 出 し た 課 題 点 に 基 づ き ， 本 論 文 に お け る 研 究 目 的 に つ い て 述 べ る と と も に ， 本 論 文 の 全 体 の 概 要 に つ い て 記 載 し た ．

4 1.2 既 往 の 研 究 事 例 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 の 地 層 処 分 の 安 全 評 価 に 資 す る た め の EDZ の 評 価 に 関 し て は ， 原 位 置 試 験 や 室 内 試 験 ， 数 値 解 析 等 に よ り 様 々 な 検 討 が な さ れ て き た ． 以 下 に ， 既 往 の 研 究 事 例 を ， EDZ の 水 理 ・ 力 学 特 性 お よ び 坑 道 の 安 定 性 の 観 点 か ら 取 り ま と め ， 本 論 文 に お け る 研 究 課 題 を 抽 出 し た ． 1.2.1 EDZ の 水 理 ・ 力 学 特 性 に 関 す る 既 往 研 究 EDZ の 水 理 ・ 力 学 特 性 を 検 討 し た 原 位 置 試 験 は ， 日 本 の 釜 石 鉱 山 ， 東 濃 鉱 山 ， 幌 延 深 地 層 研 究 セ ン タ ー ，ス イ ス の Mont Terri 岩 盤 研 究 所 ，フ ラ ン ス の Bure 地 下 研 究 所 ，Tournemire 研 究 所 ，ス ウ ェ ー デ ン の Äspö 地 下 研 究 所 ，カ ナ ダ の Whiteshell 研 究 所 等 な ど の 水 平 坑 道 や 立 坑 を 利 用 し て 行 わ れ て き た ． こ れ ら の 原 位 置 試 験 の 事 例 で は ， 坑 道 掘 削 現 場 に お け る 弾 性 波 探 査 や 比 抵 抗 探 査 ， 透 水 ・ 透 気 試 験 ， 岩 盤 に 割 れ 目 が 生 じ た 際 に 発 生 す る 微 小 振 動 で あ る Acoustic Emission（ AE）の 測 定 ， 割 れ 目 の 観 察 等 の 原 位 置 試 験 に よ る EDZ の 発 生 領 域 の 推 定 が 多 数 報 告 さ れ て い る 7 ) - 2 3 )_{． た と え ば ， Sato ら} 8 )_{は ， 東 濃 鉱 山 に お い て 弾 性 波 ト モ グ ラ フ ィ 調 査 と 同} 時 に 透 水 試 験 を 行 い ， 弾 性 波 速 度 が 顕 著 に 低 下 し た 壁 面 か ら 1m 以 内 の 範 囲 に お い て ，透 水 性 が 2 オ ー ダ ー 以 上 増 加 し た と い う 結 果 に 基 づ き EDZ の 水 理・力 学 特 性 に つ い て 報 告 し て い る ．Tokiwa ら 2 1 ) 2 2 )_{は 幌 延 深 地 層 研 究 セ ン タ ー の 立 坑 お よ び} 水 平 坑 道 に お い て 割 れ 目 の 統 計 分 析 を 行 い ， EDZ の 地 質 概 念 モ デ ル を 構 築 し た ． ま た ，弾 性 波 屈 折 法 探 査 や 透 水 試 験 結 果 と 併 せ て ，水 理・力 学 的 な EDZ 概 念 モ デ ル を 構 築 し た 2 0 ) 2 3 )_{． Bossart ら} 9 ) 1 0 )_{は ， Mont Terri 岩 盤 研 究 所 で 行 っ た 壁 面 の 地 質} 観 察 ， 樹 脂 注 入 に よ る 割 れ 目 の 可 視 化 実 験 ， 透 水 試 験 ， 透 気 試 験 の 結 果 に 基 づ き EDZ の 概 念 モ デ ル を 作 成 し た ． そ の モ デ ル を 基 に ， 壁 面 か ら 1 m 以 内 で は ， 掘 削 に 伴 い 新 た に 発 生 す る 割 れ 目 同 士 が 互 い に ネ ッ ト ワ ー ク を 形 成 し て お り ， そ れ ら が 透 水 性 の 増 大 に 寄 与 す る と 論 じ て い る ． Armand ら 1 7 )_{は ， Bure 地 下 研 究 所 に お} い て 透 水 試 験 ， 地 質 観 察 ， 樹 脂 注 入 試 験 を 実 施 し ， 坑 道 周 辺 岩 盤 の 割 れ 目 の 破 壊 様 式 や 連 結 性 ，透 水 性 の 増 大 と の 関 連 を 検 討 し ，水 理・力 学 的 な EDZ の 概 念 モ デ ル を 構 築 し た ． Siren ら 1 9 )_{は ， Äspö 地 下 研 究 所 の 発 破 掘 削 お よ び TBM 掘 削 坑 道} に お い て 発 生 し た EDZ に 関 し て ， 発 破 振 動 や 機 械 振 動 に よ り 発 生 し た Construc tion -in duc ed E DZ と ， 応 力 再 配 分 に よ り 発 生 し た S tress-in duce d ED Z に 分 類 し た 検 討 を 行 い ， 掘 削 工 法 と EDZ の 進 展 に つ い て 関 連 性 を 考 察 し た ．

上 記 の 報 告 で は ， EDZ の 発 生 メ カ ニ ズ ム や 進 展 幅 ， 透 水 性 の 増 大 ， 坑 道 壁 面 お よ び EDZ 内 部 の 割 れ 目 分 布 等 の 情 報 が 取 り ま と め ら れ て い る た め ， EDZ の 発 生 領 域 や 内 部 の 透 水 性 の 増 大 に 関 す る 調 査 ・ 評 価 手 法 は ， 概 ね 確 立 さ れ て き て い る

5 の が 現 状 で あ る ． 数 値 解 析 的 検 討 事 例 と し て は ， Lisjak ら 2 4 )_{は ， ス イ ス の モ ン テ リ 岩 盤 研 究 所 の} EDZ を 対 象 と し て ，岩 盤 の 層 理 面 に 伴 う 強 度 異 方 性 を 考 慮 し た 不 連 続 解 析 を 実 施 し た ． Cai ら は 2 5 )_{， カ ナ ダ の Whiteshell 研 究 所 や 日 本 の 神 流 川 地 下 発 電 所 地 下 空} 洞 を 対 象 と し て ， 連 続 体 解 析 に よ る 破 壊 領 域 お よ び そ の メ カ ニ ズ ム の 検 討 を 行 っ た ．こ の よ う に ，力 学 的 な 坑 道 安 定 性 解 析 に お い て も 高 度 な 事 例 が 見 受 け ら れ る ． ま た ， 熱 ― 水 ― 応 力 ― 化 学 挙 動 を 連 成 さ せ た 高 度 な 解 析 事 例 と し て は ， 堆 積 岩 に お け る 圧 力 溶 解 現 象 に 着 目 し た 熱 ― 水 ― 応 力 ― 化 学 の 連 成 解 析 評 価 手 法 を 構 築 し ， 幌 延 深 地 層 研 究 セ ン タ ー を 対 象 と し た 岩 盤 の 長 期 透 水 挙 動 を 検 討 し た 事 例 2 6 ) 2 7 ) が あ る ． ま た ， 清 水 ら 2 8 )_{は ， ス ウ ェ ー デ ン の Äspö 地 下 研 究 所 で 実 施 さ れ た ， 直} 接 処 分 を 対 象 と し た 模 擬 処 分 孔 を 2 孔 掘 削 し ， 片 方 に ヒ ー タ ー を 入 れ た 際 の 周 辺 の 熱・力 学 特 性 を 検 討 す る こ と を 目 的 と し た 原 位 置 試 験 で あ る ，Pillar stability test の 再 現 す る 数 値 解 析 を 行 な っ て い る ． 彼 ら は ， 粒 状 体 個 別 要 素 法 に よ る 力 学 解 析 に 熱 の 影 響 を 組 み 込 ん だ 解 析 コ ー ド を 開 発 し て ，熱 ― 水 ― 応 力 連 成 解 析 を 行 な い ， 原 位 置 試 験 結 果 の 再 現 ， お よ び 原 位 置 で 認 め ら れ た 破 壊 現 象 に つ い て 考 察 し た ． Lo nnq vist ら 2 9 )_{は ， ス ウ ェ ー デ ン の 直 接 処 分 概 念 KBS-3 に 則 っ た 地 層 処 分 場 を 模} 擬 し た モ デ ル を 作 成 し ， 長 期 的 な 熱_{―水 － 応 力 の 連 成 挙 動 評 価 を 行 っ た ． こ の よ} う に ， 原 位 置 試 験 手 法 と 同 様 に EDZ の 評 価 手 法 が 高 度 化 し て い る こ と が 伺 え る ． EDZ 内 部 の 損 傷 度 合 い を 適 切 に 評 価 す る 手 法 の 構 築 も 重 要 な 課 題 の 一 つ と し て 挙 げ ら れ る ． こ れ ま で ， 岩 盤 の 損 傷 度 合 の 定 量 的 な 評 価 方 法 に 関 し て は ， 室 内 試 験 に よ り ， 割 れ 目 密 度 の 増 大 と と も に 弾 性 波 速 度 や 弾 性 波 の 初 動 の 振 幅 が 低 下 す る 傾 向 を 示 し た 事 例 3 0 ) - 3 2 )_{が い く つ か 見 ら れ る ．} 以 上 に 述 べ た よ う な EDZ の 評 価 技 術 の 高 度 化 の 中 で ，原 位 置 試 験 結 果 に 基 づ き 岩 盤 の 割 れ 目 の 発 達 の 密 度 と い っ た 岩 盤 の 損 傷 度 合 を 定 量 的 に 評 価 す る 手 法 の 開 発 に 関 し て は ， 原 位 置 調 査 に 基 づ く 研 究 ・ 検 討 事 例 に 乏 し い の が 現 状 で あ る ． ま た ，地 層 処 分 で は 数 十 万 年 の 核 種 の 漏 え い を 防 ぐ こ と を 期 待 す る た め ， EDZ の 経 時 変 化 の 検 討 も 重 要 と な る ．EDZ の 長 期 挙 動 の 一 例 と し て は ，廃 棄 体 定 置 後 に ， 坑 道 を 埋 め 戻 し た 際 に 使 用 す る 埋 め 戻 し 材 の 膨 潤 に 伴 う 坑 道 壁 面 に 作 用 す る 圧 力 の 増 大 や ， 岩 盤 の ク リ ー プ 変 形 ， 坑 道 埋 め 戻 し 後 の 再 冠 水 過 程 に お け る 岩 盤 中 の ス メ ク タ イ ト や ス メ ク タ イ ト / イ ラ イ ト 混 合 層 と い っ た 粘 土 鉱 物 の 膨 潤 に よ り EDZ 内 に 形 成 さ れ た 割 れ 目 が 閉 口 し て い き ，透 水 性 が 徐 々 に 低 下 し て い く 現 象 で あ る Self-sealing が 挙 げ ら れ る 5 )_{．こ の 現 象 に 関 し て は ，ス イ ス の Mont Terri 研} 究 所 や フ ラ ン ス の Bure 地 下 研 究 所 ， ベ ル ギ ー の Mol 研 究 所 で 種 々 の 原 位 置 試 験 が 実 施 さ れ て き て い る 9 ) 3 3 ) 3 4 )_{． こ れ ら の 施 設 が 研 究 対 象 と し て い る 岩 石 は ， 比 較}

6 的 延 性 挙 動 を 示 す 堆 積 岩 を 対 象 と し た も の で あ る ． 一 方 で ， 脆 性 挙 動 を 示 す 結 晶 質 岩 に 対 し て は ，EDZ の 発 達 を 評 価 す る 検 討 事 例 は 多 い も の の ，EDZ の 水 理 特 性 の 長 期 挙 動 に 関 す る 原 位 置 試 験 を 実 施 し た 事 例 は 無 い ． 1.2.2 坑 道 の 安 定 性 に 関 す る 既 往 研 究 脆 性 挙 動 を 示 す 岩 石 ， 主 に 硬 岩 に お い て は ， 引 張 割 れ 目 の 発 達 に と も な う 坑 道 壁 面 岩 盤 の 崩 落 や ブ レ イ ク ア ウ ト と い っ た 現 象 ，す な わ ち 1.1 節 で 記 載 し た ，EDZ の う ち HDZ と 呼 ば れ る 損 傷 の 進 展 し た 領 域 の 評 価 が 坑 道 安 定 性 の 検 討 の た め の 重 要 な 課 題 で あ る 3 5 ) - 3 7 )_{．ブ レ イ ク ア ウ ト の 評 価 に 関 し て は ，岩 石 の 室 内 試 験 結 果} に 基 づ き ， 破 壊 の 初 期 ， す な わ ち 応 力 集 中 に 伴 う 亀 裂 発 生 開 始 応 力 状 態 に 注 目 し た 破 壊 規 準 の 設 定 を 適 用 し た 原 位 置 試 験 の 事 例 が あ る ． そ れ ら の 事 例 で は ， 坑 道 周 辺 の ブ レ イ ク ア ウ ト 深 度 を 精 度 よ く 評 価 で き る ，Hoek-Brown の 破 壊 規 準 を 改 良 し た 破 壊 規 準 を 提 案 し て い る 2 5 ) 3 6 ) 3 7 )_{． さ ら に ， 花 崗 岩 を 対 象 と し た カ ナ ダ の} White sh ell 研 究 所 の 水 平 坑 道 や ，ス ウ ェ ー デ ン の Äspö 地 下 研 究 所 で 実 施 さ れ た 原 位 置 試 験 で あ る Pillar stability test に お い て ，試 験 孔 に お い て 発 生 し た ブ レ イ ク ア ウ ト 進 展 幅 の 評 価 に 供 し ， そ の 適 用 可 能 性 に つ い て 論 じ て い る 3 7 ) 3 8 )_{． 冨 田 ら も ，} 同 様 の 破 壊 規 準 に 則 り ， 軽 石 凝 灰 岩 を 対 象 と し た 青 森 県 六 ケ 所 村 の 放 射 性 廃 棄 物 の 余 裕 深 度 処 分 の フ ィ ー ジ ビ リ テ ィ ス タ デ ィ の た め の 大 規 模 空 洞 で の EDZ の 評 価 を 行 い ， 原 位 置 に お け る 割 れ 目 の 産 状 お よ び 破 壊 領 域 を 適 切 に 表 現 で き る 可 能 性 が あ る こ と を 示 し た 3 9 )_{．新 第 三 紀 の 堆 積 岩 を 対 象 と し て 掘 削 し た 幌 延 深 地 層 研} 究 セ ン タ ー の 立 坑 に お い て は ， 断 層 直 上 の 掘 削 時 に 岩 盤 の ブ レ イ ク ア ウ ト が 発 生 し ， そ の 結 果 ， 崩 落 し た 上 部 の 覆 工 コ ン ク リ ー ト に 引 張 応 力 が 発 生 し て 水 平 な ク ラ ッ ク が 発 生 す る 現 象 が 発 生 し た た め 4 0 ) 4 1 )_{，掘 削 作 業 を 中 断 し て 補 修 を 行 っ た と} い う 事 例 が 報 告 さ れ て い る ． こ れ を う け ， 幌 延 深 地 層 研 究 セ ン タ ー で は ， 崩 落 の 深 度 に 応 じ た 支 保 パ タ ー ン の 変 更 を 提 案 し た フ ロ ー 図 を 作 成 し ， 立 坑 の 情 報 化 施 工 法 を 構 築 し て い る 4 2 ) 4 3 )_{．こ の よ う に ，ブ レ イ ク ア ウ ト が 施 工 に 重 大 な 影 響 を 及} ぼ す こ と も 懸 念 さ れ る た め ， 安 全 な 掘 削 作 業 お よ び 掘 削 作 業 効 率 の 確 保 の 観 点 か ら も ， 予 め ブ レ イ ク ア ウ ト が 発 生 し う る 応 力 状 態 を 検 討 し ， 対 策 を 立 案 す る こ と が 重 要 で あ る と い え る ． ブ レ イ ク ア ウ ト に つ い て 論 じ た 初 期 の 事 例 と し て は ，Leeman4 4 )_{の 研 究 が 挙 げ ら} れ る ． 彼 は ， 南 ア フ リ カ の 金 鉱 山 の ボ ア ホ ー ル 壁 面 の 崩 落 を 観 察 し ， ボ ア ホ ー ル 軸 に 垂 直 な 断 面 に お け る 最 大 圧 縮 応 力 方 向 に 垂 直 な 方 向 の 壁 面 に 崩 落 が 生 じ た こ と を 報 告 し て い る ． ま た ， Carr4 5 )_{も Nevada Test site の ボ ー リ ン グ 孔 で 同 様 の 現 象} を 確 認 し て お り ， Bell and Gough4 6 )_{は ， カ ナ ダ の Alberta 州 の 石 油 井 で 連 続 的 に 生}

7

じ た ブ レ イ ク ア ウ ト の 発 生 を ，弾 性 論 の Kirsch 解 で 説 明 で き る こ と を 示 し た ．さ ら に ，Zoback ら 4 7 )_{は ，Bell and Gough が 提 案 し た Kirsch 解 に よ る 孔 壁 面 の 接 線 応} 力 と Mohr-Coulomb の 破 壊 規 準 式 を 用 い て 原 位 置 の ブ レ イ ク ア ウ ト の 発 生 応 力 や 形 状 を 予 測 し て お り ， Zheng ら 4 8 )_{も 同 様 の 現 象 を 境 界 要 素 法 に よ る 数 値 解 析 に よ} り 検 討 し た ．し か し な が ら ，Mohr-Coulomb の 規 準 で は 考 慮 さ れ て い な い 中 間 主 応 力 が ブ レ イ ク ア ウ ト 発 生 応 力 状 態 に 影 響 を 及 ぼ し て い る と い う 報 告 が 多 数 あ る ． 岩 石 の 破 壊 発 生 応 力 条 件 に 対 す る 中 間 主 応 力 の 影 響 を 検 討 す る た め ， 茂 木 は 室 内 真 三 軸 圧 縮 試 験 機 を 開 発 し ， 火 成 岩 や 石 灰 質 岩 を 対 象 と し た 室 内 試 験 を 行 い ， 中 間 主 応 力 の 増 大 と と も に 岩 石 強 度 が 増 大 す る こ と を 確 認 し た 4 9 ) 5 0 )_{．さ ら に ，中 間} 主 応 力 を 考 慮 し た 岩 石 の 破 壊 規 準 を 提 案 し た 4 9 ) 5 0 )_{． 高 橋 ら は ， 砂 岩 ， 頁 岩 ， 石 灰} 岩 に 対 し て 真 三 軸 圧 縮 試 験 を 実 施 し ， 中 間 主 応 力 の 増 大 と と も に 脆 性 度 と 強 度 が 増 大 す る 傾 向 を 確 認 し て い る 5 1 )_{．そ の 後 ，石 油 工 学 の 分 野 に お い て ，実 際 の 坑 井} 掘 削 時 の ブ レ イ ク ア ウ ト に 関 し 中 間 主 応 力 を 考 慮 し た 破 壊 基 準 を 経 験 式 に 則 っ て 立 案 し ， 適 切 な 泥 水 比 重 の 選 択 へ の 反 映 に つ い て 考 察 し た 事 例 が い く つ か み ら れ る 5 2 ) - 5 5 )_{．ま た ，石 油 工 学 分 野 の 岩 盤 力 学 の 基 礎 理 論 を 記 載 し た 書 籍 に も ，そ れ ら} の 破 壊 規 準 が 取 り ま と め ら れ て い る 5 6 )_{．し か し な が ら ，実 用 的 な 規 準 の 定 式 化 に} は 至 っ て い な い の が 現 状 で あ る ． 中 間 主 応 力 を 考 慮 し た 実 用 的 な 規 準 の 定 式 化 は ， 地 層 処 分 場 の よ う な 広 大 な 地 下 空 洞 の 施 工 の 際 に も ， 中 間 主 応 力 の 影 響 を 考 慮 す る と 破 壊 応 力 を 高 く 見 積 も る こ と が で き る た め ， 吹 付 け コ ン ク リ ー ト の 厚 さ の 軽 減 や ， 鋼 製 支 保 工 の ピ ッ チ の 拡 大 や ロ ッ ク ボ ル ト の 省 略 と い っ た 合 理 的 な 支 保 設 計 に 有 用 で あ る ． 地 層 処 分 で は ， 廃 棄 体 埋 設 後 に 坑 道 埋 戻 し 後 に コ ン ク リ ー ト が 残 置 さ れ た 場 合 は ， 地 下 水 中 の pH の 上 昇 に よ る 緩 衝 材 や 周 辺 岩 盤 の 化 学 的 変 質 ， オ ー バ ー パ ッ ク 腐 食 形 態 の 変 化 や ， 鋼 製 材 料 の 残 置 に よ り ， 鉄 の 腐 食 生 成 物 に よ る 力 学 的 影 響 や ， 水 素 ガ ス の 発 生 の 影 響 が 考 え ら れ 3 )_{， 結 果 と し て ニ ア フ ィ ー ル ド 岩 盤 の 性 能 に 影 響 を 及 ぼ} す こ と が 想 定 さ れ る た め ， 支 保 は 極 力 軽 減 す る こ と が 長 期 的 な 安 定 性 の 観 点 か ら も 重 要 で あ る ． 1.3 本 研 究 の 目 的 坑 道 周 辺 岩 盤 に 発 生 す る EDZ に 関 し て は ，世 界 各 国 の 地 下 研 究 所 等 に お け る 原 位 置 試 験 や ， 室 内 試 験 ， 数 値 解 析 的 検 討 な ど ， 多 く の 研 究 が な さ れ て き て い る も の の ，EDZ 内 部 の 損 傷 の 度 合 い を 定 量 的 に 示 す 手 法 の 立 案 や ，脆 性 挙 動 を 示 す 岩 盤 に お け る EDZ の 長 期 的 な 水 理 特 性 の 検 討 ，原 位 置 の 破 壊 領 域 の 推 定 に 適 用 可 能 な 破 壊 規 準 の 設 定 に 関 し て は 課 題 が 残 っ て い る の が 現 状 で あ る ． 従 っ て ， こ れ ら

8 の 解 明 に よ り ， 地 層 処 分 の 安 全 評 価 の 高 度 化 や ， 地 下 施 設 建 設 に お け る 最 適 な 支 保 選 定 と い っ た 問 題 の 解 決 に 寄 与 す る 成 果 が 期 待 さ れ る ． 本 論 文 で は ， 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 の 地 層 処 分 場 等 の 地 下 空 洞 建 設 時 に 発 生 す る EDZ に 関 し て ， 坑 道 周 辺 岩 盤 の 水 理 ・ 力 学 特 性 変 化 に 及 ぼ す 影 響 や ， EDZ 発 生 応 力 条 件 や そ の メ カ ニ ズ ム に 関 し て ， 1.2 節 で 抽 出 し た 研 究 課 題 に 基 づ い て 室 内 試 験 お よ び 原 位 置 試 験 に よ り 検 討 す る こ と を 目 的 と す る ． 具 体 的 な 研 究 テ ー マ は 次 の 通 り で あ る ． 1) 坑 道 周 辺 に 生 じ う る ED Z が 進 行 し ， 坑 道 の 力 学 的 安 定 に 影 響 を 強 く 及 ぼ す ブ レ イ ク ア ウ ト が 発 生 す る 場 合 の 応 力 条 件 を ， 室 内 試 験 に よ り 検 討 す る ． 2) 坑 道 周 辺 に 発 達 す る ED Z の 進 展 の 経 時 変 化 を 検 討 す る ． ま た ， 岩 盤 内 部 の 損 傷 の 度 合 い を 定 量 的 に 評 価 す る 手 法 を 提 案 す る ． 3) 坑 道 周 辺 ED Z の 破 壊 様 式 ， お よ び 透 水 性 の 経 時 変 化 を 検 討 す る ． 第 2 章 で は ，EDZ の う ち 坑 道 周 辺 岩 盤 の き 裂 お よ び ブ レ イ ク ア ウ ト の 発 生 メ カ ニ ズ ム や 発 生 応 力 条 件 に つ い て ， 室 内 真 三 軸 圧 縮 試 験 に よ り 検 討 し た ． 本 試 験 で は ， 真 三 軸 圧 縮 試 験 に お い て ， 立 方 体 供 試 体 の 中 心 部 に 設 け た 孔 壁 周 辺 の 破 壊 進 展 を ボ ア ホ ー ル カ メ ラ で 観 察 す る こ と に よ り ， 破 壊 の 進 展 を 段 階 的 に と ら え ， さ ら に ， そ の 段 階 ご と に 中 間 主 応 力 が 破 壊 時 の 応 力 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て 検 討 す る こ と に よ り ， 破 壊 の 進 展 段 階 に 応 じ た ブ レ イ ク ア ウ ト 発 生 応 力 条 件 の 検 討 を 行 っ た ． 第 3 章 で は ，実 際 の 坑 道 掘 削 に 伴 い ，坑 道 周 辺 岩 盤 に 生 じ る EDZ を モ ニ タ リ ン グ す る 手 法 ，お よ び EDZ の 損 傷 度 合 い を 定 量 評 価 す る 手 法 を 検 討 し た ．本 章 で は ， 国 立 研 究 開 発 法 人 日 本 原 子 力 研 究 開 発 機 構 が 地 層 処 分 技 術 開 発 を 行 っ て い る 幌 延 深 地 層 研 究 セ ン タ ー の 地 下 250m に 掘 削 さ れ た 調 査 坑 道 を 対 象 と し て 実 施 し た ， 弾 性 波 ト モ グ ラ フ ィ 調 査 ，比 抵 抗 ト モ グ ラ フ ィ 調 査 ，壁 面 の 割 れ 目 の 分 析 に よ り ， EDZ の 進 展 幅 の 経 時 変 化 を 検 討 し た ． ま た ， 弾 性 波 速 度 と 割 れ 目 密 度 の 定 量 的 な 関 係 を 見 出 し ， EDZ 内 部 の 破 壊 進 展 の 定 量 評 価 を 試 み た ． 第 4 章 で は ， 幌 延 深 地 層 研 究 セ ン タ ー の 地 下 350m に 掘 削 さ れ た 調 査 坑 道 を 対 象 と し て ， 坑 道 周 辺 の 割 れ 目 の 観 察 ， お よ び 坑 道 掘 削 後 2 年 間 に わ た っ て 実 施 し た 原 位 置 透 水 試 験 結 果 に つ い て 述 べ ，EDZ の 破 壊 様 式 や ，坑 道 周 辺 の 透 水 性 の 経 時 変 化 に つ い て 検 討 し た ． 第 5 章 で は ， 本 論 文 の 結 論 と し て ， 第 2 章 か ら 第 4 章 で 得 ら れ た 成 果 を 基 に 要 約 し て 示 す と と も に ， 今 後 の 検 討 課 題 に つ い て 述 べ た ．

9 参 考 文 献 1) 原 子 力 発 電 環 境 整 備 機 構（ NUMO）：地 層 処 分 事 業 の 安 全 確 保（ 2010 年 度 版 ）， NUMO-TR -11 -01 , 2 010 . 2) 核 燃 料 サ イ ク ル 核 燃 料 サ イ ク ル 開 発 機 構 ： わ が 国 に お け る 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 地 層 処 分 の 技 術 的 信 頼 性 - 地 層 処 分 研 究 開 発 第 2 次 取 り ま と め – 総 論 レ ポ ー ト ， JNC TN1400 99-020， 1999. 3) 核 燃 料 サ イ ク ル 開 発 機 構：わ が 国 に お け る 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 地 層 処 分 の 技 術 的 信 頼 性 - 地 層 処 分 研 究 開 発 第 2 次 取 り ま と め - 分 冊 2 地 層 処 分 の 工 学 技 術 ， JNC TN1400 99-022， 1999. 4) 核 燃 料 サ イ ク ル 開 発 機 構：わ が 国 に お け る 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 地 層 処 分 の 技 術 的 信 頼 性 - 地 層 処 分 研 究 開 発 第 2 次 取 り ま と め - 分 冊 3 地 層 処 分 シ ス テ ム の 安 全 評 価 ， JNC TN1400 99-023， 1999.

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14

第 2 章 地 下 空 洞 の ブ レ イ ク ア ウ ト に 対 す る 中 間 主 応 力 の 影 響 の 実 験 的

検 討

2.1 緒 言 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 地 層 処 分 の 処 分 場 建 設 時 に ， 立 坑 や 斜 坑 と い っ た ア ク セ ス 坑 道 や 廃 棄 体 を 埋 設 す る 処 分 坑 道 に EDZ の 発 達 に と も な っ て 生 じ る 岩 盤 の 崩 落 ， す な わ ち ブ レ イ ク ア ウ ト は ， 掘 削 作 業 の 安 全 性 を 脅 か し ， 支 保 の 変 状 に よ る 工 程 や 建 設 コ ス ト に 悪 影 響 を 及 ぼ す こ と が 危 惧 さ れ る ． ま た 廃 棄 体 を 埋 設 す る 処 分 孔 孔 壁 の 岩 盤 が ブ レ イ ク ア ウ ト に よ り 崩 落 し 孔 径 が 拡 大 し た 場 合 は ， 埋 設 し た 人 工 バ リ ア の う ち ， 緩 衝 材 ブ ロ ッ ク の 膨 潤 量 が 多 く な る こ と か ら ， 所 定 の 膨 潤 性 能 を 発 揮 せ ず ， 処 分 ピ ッ ト 内 で 緩 衝 材 の 液 状 化 が 発 生 し て 流 出 し て い き ， 人 工 バ リ ア に 期 待 す る シ ー リ ン グ の 性 能 を 満 足 し な く な る こ と が 懸 念 さ れ る ． し た が っ て ， 放 射 性 核 種 の 地 上 へ の 漏 え い の 解 析 等 の 安 全 評 価 ， お よ び 処 分 場 建 設 時 の 安 全 確 保 の 検 討 や 支 保 設 計 と い っ た 工 学 的 な 観 点 か ら ，EDZ の 透 水 性 の 検 討 や ，EDZ の 発 達 領 域 の 長 期 的 な 挙 動 の 把 握 が 重 要 と な る ． ブ レ イ ク ア ウ ト 発 生 応 力 条 件 は ，Mohr-Coulomb の 破 壊 規 準 を 用 い て 検 討 さ れ る こ と が 一 般 的 で あ る ．し か し ，Mohr-Coulomb の 規 準 で は 考 慮 さ れ て い な い 中 間 主 応 力 が ブ レ イ ク ア ウ ト 発 生 応 力 状 態 に 影 響 を 及 ぼ し て い る と い う 報 告 が 多 数 あ り ， 中 間 主 応 力 の 影 響 を 考 慮 し た 破 壊 規 準 の 適 用 も 検 討 さ れ て き た ． こ れ ま で ， 中 間 主 応 力 が 岩 石 の 破 壊 応 力 値 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て は ，1.2.2 節 に 記 載 し た と お り 多 く の 研 究 事 例 1 ) - 4 )_{が あ る が ， 掘 削 現 場 で 適 用 可 能 な 破 壊 規 準 の 定 式 化 ま で 至 っ て} い な い の が 現 状 で あ る ． ま た ， 室 内 実 験 に よ り 立 方 体 岩 石 に 真 三 軸 載 荷 を 行 い ， 様 々 な 岩 石 の ブ レ イ ク ア ウ ト の 進 展 を 追 っ た 事 例 5 ) - 7 )_{も 報 告 さ れ て い る が ， ブ レ} イ ク ア ウ ト 発 生 の 定 義 が 難 し い た め ， 孔 壁 面 に 微 小 な き 裂 が 発 生 す る 初 期 状 態 か ら ， 実 務 的 に 影 響 を 及 ぼ す 程 度 ま で 進 展 し た 状 態 ま で を 段 階 的 に 捉 え ， そ れ ぞ れ の 状 態 に 対 す る 中 間 主 応 力 の 影 響 程 度 の 比 較 を 試 み た 事 例 は 見 ら れ な い ． こ の よ う な 背 景 を 踏 ま え ，本 章 で は ，破 壊 が 進 展 し た 段 階 に お け る EDZ の 発 達 の 様 式 や そ の と き の 応 力 条 件 の 検 討 を 目 的 と し て ， 立 方 体 の 岩 石 供 試 体 に 円 孔 を 削 孔 し ， 3 方 向 か ら 異 な る 大 き さ の 圧 力 を 載 荷 し て 孔 壁 面 に ブ レ イ ク ア ウ ト を 発 生 さ せ た ． 実 験 中 に ， ボ ア ホ ー ル カ メ ラ に よ る 孔 壁 面 の 観 察 ， 孔 壁 面 の 接 線 ひ ず み 測 定 ，剥 離 し て 崩 落 す る 岩 片 の 質 量 測 定 を 行 っ た ．こ れ ら の 測 定 や 観 察 に よ り ， ブ レ イ ク ア ウ ト の 進 展 を 段 階 的 に 把 握 し て ， そ の と き の 応 力 状 態 の 比 較 を 行 い ， ブ レ イ ク ア ウ ト 発 生 と 進 展 に 対 す る 中 間 主 応 力 の 影 響 を 検 討 し た ． さ ら に ， ブ レ イ ク ア ウ ト 発 生 応 力 条 件 の 評 価 に 適 用 可 能 な 破 壊 規 準 の 検 討 を 行 っ た ．

15 2.2 実 験 方 法 2.2.1 ブ レ イ ク ア ウ ト 発 生 応 力 条 件 の 評 価 図 2.1 に 示 す よ う に ，地 下 空 洞 に 無 限 遠 方 か ら 応 力 (SH, Sh, Sv)（ SH： 最 大 水 平 応 力 ，Sh：最 小 水 平 応 力 ，Sv:垂 直 応 力 ，圧 縮 を 正 と す る ）が 作 用 す る 場 合 を 考 え る ． こ の と き ， 図 2.2 に 示 す 孔 井 に 垂 直 な 断 面 に お い て ， 最 小 水 平 応 力 Sh方 向 の 孔 壁 表 面 の 点 A お よ び 点 A’で は ， 線 形 弾 性 論 に よ る 応 力 集 中 理 論 （ Kirsch 解 ）8 )_{に 従} え ば ， 3SH-Shの 大 き さ の 接 線 応 力 が 生 じ る ． こ の 接 線 応 力 をσAと す る ． 実 際 に ボ ー リ ン グ を 行 う と き は 掘 削 泥 水 圧 が 作 用 す る が ， 本 実 験 で は 泥 水 圧 を 再 現 し て お ら ず ， 孔 壁 は 自 由 表 面 で あ る の で ， 法 線 方 向 応 力σrは 常 に ゼ ロ (σr =0)で あ る ． そ こ に ， 圧 縮 の 垂 直 応 力 Svが 加 わ れ ば ， 本 実 験 で はσA>Svと な る 載 荷 条 件 で 実 験 を 行 う た め ，そ の 応 力 が 中 間 主 応 力σ2と な り (Sv=σ2)，点 A に お け る 主 応 力 3 成 分 は (σ1, σ2, σ3)= (σA, Sv, 0)と な る ． ブ レ イ ク ア ウ ト は こ の (σ1, σ2, σ3)で 示 さ れ る 孔 壁 に お け る 応 力 が 岩 石 の 強 度 を 超 え る こ と に よ っ て 生 じ る せ ん 断 破 壊 で あ り ， 通 常 最 大 と 最 小 の 主 応 力 差 が 最 大 と な る 点 A 及 び A’の 位 置 で 発 生 し ，孔 壁 に 楔 形 の せ ん 断 帯 を 形 成 し ，そ の 部 分 が 剥 離 ・ 脱 落 す る ．本 研 究 で は ，ブ レ イ ク ア ウ ト 発 生 時 の 最 大 主 応 力σAに 中 間 主 応 力 Svが 及 ぼ す 影 響 を 検 討 し た ． 図 2.1 地 下 空 洞 周 辺 の 応 力 状 態 と 座 標 設 定

x

y

z

S

_V

S

_V

S

_H

S

_H

S

_h

S

_h

16 図 2.2 xy 平 面 に お け る 応 力 状 態 2.2.2 供 試 体 ブ レ イ ク ア ウ ト を 検 討 す る た め に ， 高 レ ベ ル 放 射 性 廃 棄 物 地 層 処 分 の 処 分 場 の 建 設 対 象 母 岩 の 候 補 の ひ と つ と さ れ る 堆 積 岩 を 対 象 と し た ． し か し な が ら ， 実 験 に 適 す る 均 質 な 堆 積 岩 の 入 手 は ， 建 材 と し て の 国 内 利 用 が 少 な く な っ て き て い る こ と も あ り 難 し い ． そ こ で 本 研 究 で は ， 人 工 の 模 擬 堆 積 岩 と ， 比 較 的 入 手 が 容 易 な 天 然 の 火 山 性 堆 積 岩 と し て ， 栃 木 県 宇 都 宮 市 周 辺 に 分 布 す る 新 第 三 紀 大 谷 層 の 軽 石 凝 灰 岩 9 )_{（ 以 下 ，大 谷 石 と 記 載 )を 実 験 に 供 す る こ と と し た ．試 験 に 用 い た 供} 試 体 写 真 を ， 写 真 2.1 に 示 す ． 模 擬 堆 積 岩 に は ， 東 北 大 学 が 開 発 し た ， 珪 砂 ， カ オ リ ナ イ ト ， セ メ ン ト ， 氷 を 10:4 :1 :1.6 の 重 量 比 で 混 合 し て 作 製 す る 人 工 堆 積 岩 1 0 ) _{を 採 用 し た ．水 の か わ り に} 氷 を 用 い る の は ， 撹 拌 に よ り 水 分 を 均 等 に 分 散 さ せ る た め で あ る ． 以 後 ， 便 宜 的 に 命 名 し た Cement and Sand と い う 名 称 を 略 し て ，こ の 供 試 体 を CS と 呼 ぶ こ と に す る ．供 試 体 は ，こ れ ら の 材 料 を 混 合 撹 拌 し た 後 に ，160mm の 立 方 体 の 木 製 型 枠 の 底 に 数 cm の 厚 さ に 敷 き 詰 め て 鉄 製 の 錘 で 突 き 固 め ， そ の 上 に 次 の 層 を 打 設 す る 作 業 を 数 回 繰 り 返 す こ と に よ り 作 製 し た ． 従 っ て ， こ れ ら の 打 ち 継 ぎ 目 が 人 工 的 な 堆 積 面 と し て 若 干 剥 離 し や す い 性 質 を 持 つ ． 供 試 体 は ， 作 製 後 セ メ ン ト が 固 化 す る ま で 1 カ 月 程 度 養 生 し て か ら 実 験 に 使 用 し た ． こ の 供 試 体 は 一 度 に 作 製 で き る 個 数 が 限 ら れ て い る た め 3 回 に 分 け て 作 製 し た が ， 作 製 し た 季 節 に よ り 温 度 や 湿 度 の 条 件 が 異 な る た め ， 弾 性 波 速 度 に 若 干 の 違 い が 生 じ た ． そ こ で ， ブ レ イ ク ア ウ ト 発 生 応 力 条 件 の 検 討 の 際 に は ， 作 製 時 期 に 応 じ て CS-A, CS-B, CS-C の 3 つ に 区 別 し て 示 す こ と と す る ． 各 供 試 体 の 弾 性 波 速 度 は ， 表 2.1 に 示 し た ． さ ら

S

_H

S

_H A

x

y

A’

σ

_A

S

_h

S

_h B B’

17

に ，CS-C の み 一 軸 圧 縮 試 験 を 実 施 し た ．そ の 結 果 ，一 軸 圧 縮 強 度 は ，堆 積 面 に 平 行 な x 方 向 に 穿 孔 し た 6 個 の 供 試 体 の 試 験 の 平 均 で 7.5MPa（ Table1 中 の UCSx）, 堆 積 面 に 垂 直 に 穿 孔 し た 8 個 の 供 試 体 の 試 験 の 平 均 で 11.0MPa（ UCSz）で あ っ た ． 大 谷 石 は ， 岩 石 中 に 暗 褐 色 で 低 密 度 な 「 み そ 」 と 呼 ば れ る 鉄 成 分 に 富 む モ ン モ リ ロ ナ イ ト の 塊 9 )_{や ， 空 隙 を 多 く 含 ん で い る た め ， 供 試 体 の 外 観 に も ブ レ イ ク ア} ウ ト が 発 生 す る 孔 壁 面 に も 明 ら か な 不 均 質 性 が 観 察 さ れ た ． 表 2.1 に は 8 個 の 大 谷 石 供 試 体 の 弾 性 波 速 度 の 平 均 値 を 示 し た が ， そ の 値 を 見 る と ， 一 見 速 度 異 方 性 は 見 ら れ な い が ， 堆 積 面 の 影 響 と 思 わ れ る 速 度 異 方 性 を 示 す 供 試 体 も い く つ か 見 ら れ た ． 大 谷 石 に つ い て は ， 実 験 計 画 の 不 備 に よ り 一 軸 圧 縮 試 験 を 行 っ て い な い が ， 後 で 示 す よ う に 弾 性 波 速 度 の 最 も 遅 い 方 向 に 穿 孔 し た 供 試 体 に 対 し て 三 種 類 の 拘 束 圧 条 件 下 で 三 軸 圧 縮 試 験 を 行 っ て お り ， そ の 結 果 か ら 推 定 し た 一 軸 圧 縮 強 度 は ， 18.0MPa 程 度 で あ っ た ． 表 2.1 中 で は 括 弧 書 き で 示 し て い る ． な お ， CS-C お よ び 大 谷 石 で 強 度 物 性 を 調 べ る た め に 行 っ た 室 内 試 験 は ， 乾 燥 状 態 の 供 試 体 を 用 い て 行 っ た ． ブ レ イ ク ア ウ ト が 発 生 す る 坑 道 を 模 擬 す る た め に ，こ れ ら 2 種 類 の 160mm 角 の 立 方 体 供 試 体 の 中 央 部 分 に ，直 径 30mm の 円 孔 を 穿 孔 し た ．CS に 対 し て は ，堆 積 面 に 直 交 す る 方 向 に 円 孔 を 穿 孔 し た ． 大 谷 石 に 対 し て は 堆 積 面 が 明 瞭 で な い た め ， 弾 性 波 速 度 の 最 も 遅 い 方 向 に 円 孔 を 穿 孔 し た ． ま た ， 図 2.1 に 示 す よ う に ， 円 孔 に 沿 う 軸 を z 軸 ， こ れ に 直 交 す る 2 方 向 に x 軸 ， y 軸 と な る よ う に 座 標 系 を 設 定 し た ． (a ) CS 供 試 体 (b) 大 谷 石 供 試 体 写 真 2.1 供 試 体 写 真

18 表 2.1 実 験 に 使 用 し た 供 試 体 の 弾 性 波 速 度 と 一 軸 圧 縮 強 度 2.2.3 載 荷 装 置 お よ び 観 測 方 法 2.2.3.1 載 荷 装 置 立 方 体 供 試 体 に 三 軸 独 立 に 応 力 を 載 荷 す る た め に ， 応 力 解 放 法 に よ る 埋 設 法 初 期 地 圧 測 定 法 1 1 )_{の ゲ ー ジ 感 度 検 討 用 に 用 い る 静 水 圧 三 軸 セ ル を 載 荷 反 力 枠 に 利} 用 し た ．図 2.3 に 載 荷 装 置 と 観 測 方 法 の 概 略 図 を 示 す ．図 2.3(a)に 示 す 通 り ，三 軸 セ ル 下 部 に 台 座 を 設 置 し ， そ の 上 に 供 試 体 を セ ッ ト し た ． 円 筒 形 の 三 軸 セ ル を 載 荷 枠 と し て 使 用 す る た め ， 図 2.3(b)に 示 す よ う に 供 試 体 の 外 側 に か ま ぼ こ 型 の 反 力 板 を 設 置 し ，そ の 内 側 に ，一 辺 が 160mm の 正 方 形 の フ ラ ッ ト ジ ャ ッ キ を 挿 入 し て 水 平 二 方 向 の 載 荷 を 行 っ た ． 一 方 ， 鉛 直 の z 方 向 に 関 し て は ， セ ル の 上 蓋 と 下 部 の 台 座 で 反 力 を 取 り ， 供 試 体 の 円 孔 の 直 径 に 等 し い 直 径 30mm の 円 孔 を 設 け た 160 mm の 正 方 形 の フ ラ ッ ト ジ ャ ッ キ に よ り 載 荷 を 行 っ た ．各 方 向 3 組 の フ ラ ッ ト ジ ャ ッ キ に そ れ ぞ れ 個 別 に ハ ン ド ポ ン プ を 接 続 し ， 手 動 で 油 圧 に よ り 一 定 の 割 合 で 載 荷 圧 力 を 増 加 さ せ た ． 実 験 中 の 載 荷 圧 力 値 は ， 各 組 の フ ラ ッ ト ジ ャ ッ キ の 配 管 に 設 置 し た 圧 力 変 換 器 を 経 て デ ー タ ロ ガ ー に 1 秒 毎 に 取 り 込 み ， 専 用 の パ ソ コ ン に 記 録 し た ．な お ，本 実 験 で 用 い た 載 荷 反 力 枠 の 載 荷 許 容 圧 力 は 30MPa で あ る ．

Specimen

v

x

(km/s)

v

y

(km/s)

v

z

(km/s) UCSx (MPa) UCSz (MPa)

CS-A

2.05

2.06

1.94

-

-CS-B

2.03

2.02

2.00

-

-CS-C

2.29

2.39

2.29

7.50

11.0

Oya tuff

2.01

2.09

2.04

-

(18.0)

19 (a ) 鉛 直 断 面 図 (b ) H -H ’断 面 図 2.3 載 荷 装 置 お よ び ブ レ イ ク ア ウ ト 進 展 の モ ニ タ リ ン グ 装 置 の 概 略 図 2.2.3.2 孔 壁 の 変 形 と ブ レ イ ク ア ウ ト の 観 測 方 法 ブ レ イ ク ア ウ ト は 供 試 体 の ご く 一 部 で 発 生 す る 局 所 化 さ れ た 破 壊 現 象 な の で ， 通 常 の 一 軸 あ る い は 三 軸 圧 縮 試 験 な ど と 異 な り ， 載 荷 時 の 応 力 － ひ ず み 曲 線 か ら 降 伏 ・ 破 壊 を 定 め る こ と が 難 し い ． そ こ で ， 載 荷 に 伴 う 孔 壁 の 変 形 ， な ら び に ブ レ イ ク ア ウ ト の 発 生 及 び 進 展 を 観 察 す る た め に ， 以 下 の 3 つ の 異 な る 手 段 を 利 用 し た ． ま ず 図 2.3(a)に 示 す よ う に ，円 孔 上 部 に CCD カ メ ラ（ プ ラ ム ネ ッ ト 株 式 会 社 製 ， ハ ン デ ィ ミ ニ ，CCN3412Y-3M）を 設 置 し て ，実 験 開 始 か ら 終 了 ま で の 円 孔 内 部 の 様 子 を 録 画 す る こ と に よ り ， 載 荷 圧 力 の 増 大 に 伴 う ブ レ イ ク ア ウ ト 進 展 の 様 子 を

モニター

供試体

フラットジャッキ

秤

ハンドポンプ

真三軸圧縮試験機

CCDカメラ

H’

H

フラットジャッキ

スペーサー

供試体

20 観 察 し た ． こ の カ メ ラ に よ る 映 像 で は ， 幅 約 0.7mm の き 裂 ， 面 積 が 約 0.4mm2_の 岩 片 の 剥 離 を 識 別 で き る こ と を 確 認 し て い る ． ま た ， 試 験 機 下 部 に ， 図 2.4 に 示 す 自 作 の 秤 を 設 置 し た ． こ の 秤 の 上 部 に は ， 剥 離 し た 岩 片 を 捕 集 す る 皿 が 取 り 付 け ら れ て い る ． ブ レ イ ク ア ウ ト 進 展 に 伴 い 岩 片 が 剥 離 し て 皿 へ 崩 落 す る と ， 皿 の 下 部 に 取 り 付 け た ば ね が 縮 み ， そ の 変 位 が ば ね の 下 に 設 置 し た LVDT 変 位 計 で リ ア ル タ イ ム に 計 測 さ れ る ． 正 確 を 期 す た め ， 毎 回 実 験 後 に 分 銅 を 用 い て 質 量 と 変 位 の 校 正 試 験 を 行 い ， 測 定 結 果 を 補 正 し た ． な お ， こ の 秤 の 分 解 能 は 0.3g 程 度 で あ る ．

さ ら に ， 図 2.2 の 点 A（ y+側 ） と 点 A’（ y-側 ） の 孔 壁 面 に ， 図 2.5 に 示 す よ う に ゲ ー ジ 長 5mm の シ ン グ ル ゲ ー ジ を 貼 付 し て ， 接 線 方 向 ひ ず み の 測 定 を 行 っ た ． ひ ず み ゲ ー ジ の 貼 付 深 さ は ， 円 孔 上 下 端 か ら 指 先 が 届 き ， 貼 付 可 能 な 約 20mm の 位 置 で あ る ． な お ， 本 論 文 で は 圧 縮 ひ ず み を 正 と す る ． 図 2.4 剥 離 し た 岩 片 の 重 量 測 定 用 秤

センタリングスペーサー

センタリングシャフト

LVDT変位計

ばね

岩片捕集皿

21 図 2.5 孔 内 の ひ ず み ゲ ー ジ 貼 り 付 け 位 置 2.2.4 供 試 体 へ の 載 荷 条 件 孔 壁 の 点 A に 加 わ る 主 応 力 3 成 分 (σ1, σ2, σ3)=(σA, Sv, 0)の う ち 最 大 主 応 力σAが 徐 々 に 大 き く な る よ う に SHと Shを 制 御 し な が ら ， 孔 壁 の 変 形 ・ 破 壊 を 観 察 す る こ と と し た ． 図 2.1 に 示 し た よ う に ， x 方 向 に 最 大 水 平 圧 力 SH， y 方 向 に 最 小 水 平 圧 力 Sh， z 方 向 に 鉛 直 圧 力 Svを 載 荷 し た ． 供 試 体 へ の 載 荷 パ タ ー ン を 図 2.6 に 示 す ． 載 荷 初 期 は ， 1.5MPa の 静 水 圧 状 態 と な る ま で ， 3 方 向 の 圧 力 を 0.2MPa/min.の 割 合 で 増 加 さ せ た ． そ の 後 ，水 平 方 向 SHは 0.3MPa/min.の 割 合 で ，Shは Sh＝ SH/3+1 を 満 た す よ う に 載 荷 圧 力 を 増 加 さ せ た ．こ れ に よ り ，図 2.1 に 示 し た SH方 向 の 孔 壁 面 の 点 B お よ び 点 B’に お い て ，接 線 応 力 値 は 3MPa で 一 定 と な る ．こ の よ う な 載 荷 パ タ ー ン を 採 用 し た 理 由 は ，接 線 応 力 が 最 小 と な る B 点 に お い て ，ブ レ イ ク ア ウ ト と は 無 関 係 な 引 張 破 壊 を 生 じ さ せ な い た め で あ る ． 中 間 主 応 力 の 影 響 を 調 べ る た め に ，鉛 直 圧 力 Svの 載 荷 パ タ ー ン を 4 種 類 設 定 し た（ 図 2.6）．す な わ ち ，Svを 載 荷 し な い 場 合 ，常 に Svを 図 2.2 の 点 A お よ び 点 A’ に 生 じ る 接 線 応 力 の 最 大 値σAの 1/8 倍 ，1/4 倍 ，3/8 倍 と な る よ う に 増 加 さ せ た 場 合 の 合 計 4 種 類 の 載 荷 パ タ ー ン で あ る ． 実 際 の ブ レ イ ク ア ウ ト は ， 地 圧 が 作 用 す る 岩 盤 を 掘 削 し た と き に ， 孔 壁 面 の 応 力 集 中 に よ り 発 生 す る ． し か し ， 本 実 験 は ， 孔 を 穿 孔 し た 供 試 体 に 対 し て 載 荷 圧 力 を 徐 々 に 増 大 さ せ て お り ， 実 現 象 と 応 力 経 路 が 異 な っ て い る ． こ の 理 由 は ， 本 実 験 で 使 用 し た 真 三 軸 試 験 機 は ， 圧 力 を 載 荷 し た 状 態 で の 削 孔 が 不 可 能 な 仕 様 で あ っ た こ と ， カ メ ラ 等 を 用 い た ブ レ イ ク ア ウ ト の 進 展 の 観 察 が 困 難 に な る な ど ， 実 験 上 の 制 約 が あ っ た た め で あ る ．

y+

(上部)

y-(下部)

30mm

5mm

5mm

ひずみゲージ

A

A’

22 図 2.6 載 荷 パ タ ー ン 2.2.5 ブ レ イ ク ア ウ ト 観 測 の 着 目 時 点 2.2.4 節 で 述 べ た 試 験 条 件 で は ，ブ レ イ ク ア ウ ト は 載 荷 の 過 程 で 徐 々 に 発 生・進 展 す る 過 程 で あ り ，そ の 発 生 を 定 義 す る こ と は 容 易 で は な い ．そ の た め 2.2.3.2 項 に 示 し た 3 つ の 手 法 ， す な わ ち ， カ メ ラ に よ る 円 孔 内 部 観 察 ， 剥 離 し た 岩 片 の 質 量 測 定 お よ び 接 線 方 向 の ひ ず み 測 定 に よ り ， 破 壊 の 進 展 を い く つ か の 段 階 で 把 握 し ， そ の と き の 応 力 状 態 を 比 較 し て ブ レ イ ク ア ウ ト 発 生 と 進 展 の 応 力 条 件 を 検 討 し た ． 具 体 的 に は ， 以 下 の 5 つ の 現 象 が 観 測 さ れ た 時 点 を 記 録 し ， ブ レ イ ク ア ウ ト の 発 生 お よ び 進 展 の 目 安 と し た ． (1 ) ブ レ イ ク ア ウ ト が 発 生 す る 図 2. 5 の 点 A お よ び 点 A’の 孔 壁 面 の 接 線 方 向 に 貼 付 し た ひ ず み ゲ ー ジ の 測 定 値 が 急 激 な 減 少 を 示 す 時 点 ． (2 ) カ メ ラ で 孔 壁 面 に 微 小 な き 裂 を 確 認 し た 時 点 （ カ メ ラ の 分 解 能 か ら ， 幅 約 0.7 mm の き 裂 を 確 認 で き た 時 点 ）． (3 ) カ メ ラ で 孔 壁 面 の 微 小 な 岩 片 の 剥 離 を と ら え た 時 点 （ カ メ ラ の 分 解 能 か ら ， 面 積 が 約 0.4mm2_{の 岩 片 の 剥 離 を 確 認 で き た 時 点 ）．} (4 ) 剥 離 し て 崩 落 し た 岩 片 の 質 量 を 測 定 し て い る 秤 が は じ め て 増 加 を 示 し た 時 点 ． (5 ) 崩 落 し た 岩 石 の 質 量 が 円 孔 部 分 に 相 当 す る 岩 石 の 質 量 の 2%と な っ た 時 点（ 具 体 的 に は ，CS 供 試 体 で は 4.5g，大 谷 石 供 試 体 で は 3.7g 崩 落 し た 時 点 ）．こ の 時 点 に 達 す る と ， カ メ ラ に よ る 観 察 で は 常 に ブ レ イ ク ア ウ ト が 十 分 進 展 し た 状 態 と な っ て い る た め ， 実 験 を 終 了 す る こ と と し た ． (1)~(3)は ブ レ イ ク ア ウ ト 開 始 に 着 目 し た も の ， (4), (5)は ブ レ イ ク ア ウ ト が 一 定 の 領 域 ま で 進 展 し た こ と に 着 目 し た も の で あ る と い え る ． 0 5 10 15 20 25 0 20 40 60

載荷圧力

(MP

a)

経過時間（分）

パターン1(S_v=0) パターン2(S_v=σ_A/8) パターン3 (Sv=σA/4) パターン4 (S_v=3σ_A/8)

S

_H S_h