報告書番号

SS25005

タイトル（和文）

スウェーデン・ハードロック地下研究施設における高レベル放射性廃棄物処分のための国際共同研究（その13）－ベントナイトの不飽和膨潤・均質化の数値解析－

タイトル（英文）

CRIEPI and SKB Cooperation Report No.13 - Numerical simulation for unsaturated swelling and homogenization of bentonite -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背景
高レベル放射性廃棄物処分施設において、ベントナイトを主材料とする緩衝材や周辺岩盤の再冠水から飽和に至る長期挙動を評価し、施設の安全評価の信頼性向上を図るため、当所では熱・水・力学連成解析プログラムLOSTUFを開発した[1]。緩衝材の設置時にオーバーパックや岩盤との間に施工上の隙間が生じる場合があるが、緩衝材の自己シール性によりこの隙間が充填されることが期待されている。この自己シール性を含めた数値解析の妥当性確認を行うため、スウェーデンのSKBが主催する「人工バリアタスクフォース」のタスクとして初期隙間を配置したベントナイト不飽和浸透試験の解析に取り組むこととした。

目的
緩衝材設置時に生じる隙間が再冠水時に緩衝材の自己シール性により充填される過程の評価に関して、数値解析の適用性を確認する。

主な成果
ベントナイト供試体と初期隙間を配置して、不飽和状態から水蒸気あるいは水を浸透させる3種類の試験を対象とした数値解析を実施した。解析は一次元モデル（図1）で実施し、計測結果との比較を行った。数値解析による試験結果の再現性を確認するとともに、不飽和時の水の移動のメカニズム、ベントナイトの膨潤データの設定方法に関する検討を行った。その結果、以下のことが分かった。
(1) サクション制御により水蒸気を浸透させる試験では、水の移動は水蒸気の拡散のみで再現できる（図2a)）。一方、流量制御の試験では、水蒸気の拡散とダルシー則を共に考慮することで精度良く再現できる（図3a)）。
(2) 膨潤圧試験と膨潤変形試験からそれぞれ緩衝材膨潤モデルで用いる作用圧力--最大膨潤ひずみ関係を設定したところ、後者の方が膨潤ひずみが小さく、試験での隙間閉塞の挙動をよく再現できた（図3b)）。したがって、初期隙間を考慮する際は膨潤変形試験の関係を用いるべきである。
(3) サクション制御と流量制御では飽和進行度に伴う膨潤ひずみの発生の傾向が異なり、サクション制御では解析での膨潤が大きく、試験結果の再現に課題が残った（図2b)）。飽和進行度と膨潤ひずみの関係について、より詳細な検討が必要である。

今後の展開
実スケールの問題において、不均質な初期密度からの密度変化や膨潤応力発生を評価できるように緩衝材膨潤モデルの妥当性確認、高度化を行う。

概要 （英文）

To enhance the reliability of safety assessments for high-level radioactive waste disposal facilities, we developed the coupled thermo-hydro-mechanical analysis program LOSTUF. Construction gaps may occur between the buffer material and the surrounding rock or the overpack during installation. These gaps are expected to be closed by the self-sealing property of the buffer material. To confirm the applicability of numerical analysis including this property, we analyzed bentonite unsaturated infiltration tests with initial gaps as part of the "Task-force on Engineered Barrier System" organized by SKB.
Numerical analyses of three infiltration tests using a one-dimensional model reproduced measured results and clarified water movement and swelling behavior. As a result, the following findings were obtained: (1) Under suction control, water movement was reproduced by vapor diffusion alone; under flow control, both vapor diffusion and Darcy's law were needed. (2) Swelling model based on the results from swelling deformation tests provided better gap closure reproduction than that based on the results from swelling pressure tests. (3) The trend of swelling strain development with saturation progress differed between suction control and flow control, and for suction control, challenges remained in reproducing the test results.

報告者

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