JP6412341B2 - Mixed soil for impermeable layer - Google Patents
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Description
本発明は、不透水層用の混合土に関する。 The present invention relates to a mixed soil for impermeable layer.
各種廃棄物の貯蔵施設等では、施設底部、施設斜面部および廃棄物層下部に不透水層を形成する場合がある。
不透水層は、遮水性能および変形追随性能を備えている必要がある。また、放射性物質を含有する廃棄物の中間貯蔵施設では、遮水性能および変形追従性能に加えて、流出防止性能を備えている必要がある。なお、本明細書において「不透水層」とは、不透水性の土壌層をいい、「難透水性土壌層」も含むものとする。
In various waste storage facilities, an impermeable layer may be formed at the bottom of the facility, the slope of the facility, and the lower part of the waste layer.
The impermeable layer needs to have water shielding performance and deformation following performance. Moreover, in the intermediate storage facility of the waste containing a radioactive substance, it is necessary to provide the outflow prevention performance in addition to the water shielding performance and the deformation tracking performance. In the present specification, the “impermeable layer” refers to an impermeable soil layer, and includes a “non-permeable soil layer”.
このような不透水層を構成する材料には、締固めに適した粒度分布を確保するための複数種類の母材と、ベントナイトとを混合してなるベントナイト混合土を使用する場合がある。 As a material constituting such an impermeable layer, bentonite mixed soil obtained by mixing a plurality of kinds of base materials for ensuring a particle size distribution suitable for compaction and bentonite may be used.
また、特許文献１には、乾土重量比で、礫２０〜６０％、ベントナイト５〜２０％、残部が砂よりなるベントナイト混合土が開示されている。
このベントナイト混合土は、礫同士による骨格形成による強度確保、膨潤変形の抑止、ベントナイトによる止水性を確保している。
This bentonite mixed soil ensures strength by forming a skeleton with gravel, inhibits swelling deformation, and ensures water-stopping by bentonite.
前記従来のベントナイト混合土は、母材の調達に費用が掛かり、また粒度調整に手間がかかる。また、特許文献１記載のベントナイト混合土も、母材に複数種類の材料を使用するため、費用がかさむ。
The conventional bentonite mixed soil is expensive to procure the base material and takes time to adjust the particle size. Also, the bentonite mixed soil described in
このような観点から、本発明は、母材の調達に費用を掛けず、また粒度調整の手間を掛けない（省いた）不透水層用の混合土を提供することを課題とする。 From such a viewpoint, it is an object of the present invention to provide a mixed soil for an impermeable layer that does not require cost for procurement of a base material and does not require (or omits) the adjustment of particle size.
前記課題を解決するために、本発明の不透水層用の混合土は、岩級区分がＣ Ｌ 〜Ｄ級である脆弱岩を主体とする母材にベントナイトを混合してなるものであって、前記母材は掘削土であることを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problems, the mixed soil for an impermeable layer of the present invention is obtained by mixing bentonite with a base material mainly composed of brittle rocks having rock grades of C L to D grade. The base material is excavated soil.
前記不透水層用の混合土の乾燥重量に対する前記ベントナイトの混合率は、５％〜１０％の範囲内であるのが望ましい。 The mixing ratio of the bentonite with respect to the dry weight of the mixed soil for the impermeable layer is preferably in the range of 5% to 10%.
かかる不透水層用の混合土は、１種類の母材とベントナイトとを混合することにより、簡易かつ安価に製造することができる。
また、母材として脆弱岩を主体とした材料を使用しているため、締固めにより容易に母材が破砕されて好適な粒度分布になる。このような母材を使用すれば、ベントナイトの混合率が小さい(貧配合)場合でも飽和度が高く、空気間隙率が小さく密実で、遮水性状と力学特性とを備えた不透水層を形成することができる。
Such mixed soil for an impermeable layer can be easily and inexpensively manufactured by mixing one kind of base material and bentonite.
Further, since a material mainly composed of fragile rock is used as a base material, the base material is easily crushed by compaction, and a suitable particle size distribution is obtained. If such a base material is used, an impermeable layer having a high degree of saturation, a low air porosity and a solid, even when the mixing ratio of bentonite is small (poor blending), and having a water shielding property and mechanical properties. Can be formed.
また、破砕性を備えた母材のため、過剰な締固めエネルギーを必要とせずに、高い乾燥密度を得ることができる。
ここで、本明細書の「脆弱岩」とは、いわゆるＣＬ〜Ｄ級岩盤（日本道路公団の岩盤分類）に区分される堆積軟岩である。
Moreover, since the base material has crushability, a high dry density can be obtained without requiring excessive compaction energy.
Here, the "weak rock" herein is a sedimentary soft rock, which is classified into a so-called C L to D-class rock (rock classification Japan Highway Public Corporation).
本発明の不透水層用の混合土によれば、簡易かつ安価にベントナイト混合土を製造することが可能である。 According to the mixed soil for an impermeable layer of the present invention, bentonite mixed soil can be produced easily and inexpensively.
本実施形態では、放射性物質を含有する廃棄物（放射性廃棄物４）の中間貯蔵施設１の不透水層（混合土）２について説明する。
中間貯蔵施設１は、図１に示すように、地盤を掘削することにより形成された凹部３（溝等）に構築されている。
In the present embodiment, an impermeable layer (mixed soil) 2 of an
As shown in FIG. 1, the
不透水層２は、放射性廃棄物４の側面および底面を覆うように、凹部３の底部および斜面部に形成されている。すなわち、中間貯蔵施設１は、いわゆる土壌貯蔵施設II型Ｂタイプ（「中間貯蔵施設安全対策検討会（第４回）資料３」環境省）である。なお、放射性廃棄物４の上面は覆土５により覆われている。また、放射性廃棄物４を複数層に分けて埋め立てる場合には、各廃棄物層の底部にも不透水層２を形成する。
The
不透水層２は、脆弱岩を主体とする母材に貧配合のベントナイトを混合してなる混合土を締固めることにより形成されている。
The
本実施形態では、母材として、凹部３の形成時に地盤（脆弱岩）を掘削することにより発生した掘削残土を使用している。
すなわち、不透水層２を構成する混合土は、凹部３の掘削時に発生した岩盤層の掘削残土に、貧配合のベントナイトを混合することにより構成されている。
In the present embodiment, excavated residual soil generated by excavating the ground (fragile rock) when the
That is, the mixed soil composing the
本実施形態では、岩級区分がＣＬ〜Ｄ級の泥岩（脆弱岩）である新第三系鮮新統の泥岩の掘削残土を、粒度調整することなく混合機に投入し、ベントナイトおよび水と混合する。
なお、ベントナイトの混合率は、脆弱岩が締固め時の粒子破砕により適度な細粒分を有する粒度分布に調整されることを考慮して、混合土の乾燥重量に対して５％〜１０％の範囲内とする。
In this embodiment, the rock classification indicator drilling residual soil of C L to D class mudstone Neogene Pliocene mudstone is (weak rock) was charged to the mixer without particle size control, bentonite and water Mix.
The mixing rate of bentonite is 5% to 10% with respect to the dry weight of the mixed soil, considering that the fragile rock is adjusted to a particle size distribution having an appropriate fine particle content by particle crushing during compaction. Within the range of
本実施形態では、母材として脆弱岩を使用しているが、脆弱岩を主体としていれば、脆弱岩以外の材料（砂等）が母材に含まれていてもよい。なお、掘削残土に、脆弱岩以外の材料が２０％程度以上含まれている場合には、母材としては使用しないものとする。また、掘削残土に粘土やシルトが含まれている場合も、母材としては使用しないものとする。 In this embodiment, fragile rock is used as a base material. However, if the fragile rock is mainly used, a material other than the fragile rock (such as sand) may be included in the base material. In addition, when the excavation residual soil contains about 20% or more of materials other than fragile rocks, it shall not be used as a base material. In addition, when clay and silt are contained in the excavated residual soil, it shall not be used as a base material.
不透水層２は、混合土を撒き出したのち、締固めることにより形成されている。
混合土の撒き出し方法は限定されないが、例えば、ブルドーザ等の建設機械を使用すればよい。また、混合土の締固めは、例えば振動ローラやコンパクタ等の建設機械を用いて転圧すればよい。
The
Although the method for spreading mixed soil is not limited, for example, a construction machine such as a bulldozer may be used. Moreover, the mixed soil may be compacted by using a construction machine such as a vibrating roller or a compactor, for example.
本実施形態の不透水層用の混合土は、母材として掘削残土（現地発生土）の脆弱岩を使用しているため、礫や砂等の購入土を使用する場合に比べて、費用を大幅に削減することができる。
また、母材となる掘削残土に対して手間のかかる粒度調整等の処理を施す必要が無く、簡易な事前破砕のみが必要とされるため、施工性および経済性に優れている。
The mixed soil for the impermeable layer of this embodiment uses brittle rocks from excavated residual soil (locally generated soil) as the base material, so it is less expensive than using purchased soil such as gravel and sand. It can be greatly reduced.
Moreover, it is not necessary to perform a process such as time-consuming particle size adjustment on the excavation residual soil as a base material, and only simple pre-crushing is required, so that it is excellent in workability and economy.
本実施形態の混合土によれば、脆弱岩を主体とした母材にベントナイトを混合しているので、遮水性に優れた不透水層２が形成される。
また、母材に脆弱岩を使用しているため、粒度調整がなされていなくても、転圧により母材が破砕して、適切な粒度分布に調整され、適度な細粒分が含まれる。そのため、ベントナイトが貧配合であっても、遮水性に優れた不透水層２が形成される。
According to the mixed soil of this embodiment, since the bentonite is mixed with the base material mainly composed of fragile rocks, the
Moreover, since brittle rock is used for the base material, even if the particle size is not adjusted, the base material is crushed by rolling and adjusted to an appropriate particle size distribution, and an appropriate fine particle content is included. Therefore, even if bentonite is poorly mixed, the water-
また、本実施形態の混合土を転圧すれば、脆弱岩が破砕して適度な粒度分布に調整されるため、母材同士の間隙が小さくなる。すなわち、高い締固め密度で、飽和度が高く、空気間隙率が低い良好な締固め性状が得られる。そのため、高品質の不透水層２を構築することができる。
Moreover, if the mixed soil of this embodiment is rolled, the brittle rocks are crushed and adjusted to an appropriate particle size distribution, so that the gap between the base materials is reduced. That is, good compaction properties with high compaction density, high saturation and low air porosity can be obtained. Therefore, a high quality
さらに、不透水層２にせん断破壊等が生じた場合であっても、ベントナイトの膨潤変形により、必要な止水性が回復される。
Furthermore, even if shear failure or the like occurs in the
また、締固めによる脆弱岩の粒度分布の改善効果が、ベントナイト混合土のせん断抵抗力の発現性に寄与し、盛土材として必要なせん断抵抗力を発現する。また、ひずみが大きくなっても残留応力が維持される力学変形特性を有する変形追随性が発現される。 In addition, the effect of compacting the size distribution of brittle rocks by compaction contributes to the manifestation of the shear resistance of bentonite mixed soil, and the shear resistance necessary for embankment material is exhibited. Further, deformation follow-up having a mechanical deformation characteristic that maintains the residual stress even when the strain increases is exhibited.
次に、本実施形態の混合土の不透水層２の材料としての適用性を確認するために行った確認試験の結果について説明する。
なお、各確認試験では、均等係数４〜５以下の粒度の泥岩Ａ（粒度が悪い土：砕石２００５を想定）と、均等係数が１０以上の粒度の泥岩Ｂ（粒度の良い土）の２種類の母材を使用した（図２参照）。確認試験に使用した脆弱岩は、新第三系鮮新統の泥岩を使用した。また、比較例として、風化花崗岩と稲城砂を使用した。表１に各材料の物性を示す。ここで、「モンモリロナイト」はベントナイトの主成分を構成する鉱物の一種である。
Next, the result of the confirmation test performed in order to confirm the applicability as a material of the
In each confirmation test, two types of mudstone A with a uniformity coefficient of 4 to 5 or less (soil with poor particle size: crushed stone 2005 is assumed) and mudstone B with a uniformity coefficient of 10 or more (soil with good particle size). (See FIG. 2). The fragile rock used for the confirmation test was a Neogene Pliocene mudstone. As a comparative example, weathered granite and Inagi sand were used. Table 1 shows the physical properties of each material. Here, “montmorillonite” is a kind of mineral constituting the main component of bentonite.
まず、脆弱岩（泥岩Ａ，Ｂ）の破砕性の確認を行った結果を図３に示す。
破砕性の確認は、締固め前と、締固めを１サイクル行った場合（１Ｅｃ）と、締固めを２サイクル行った場合（２Ｅｃ）の粒度分布を比較することにより行った。
First, the result of having confirmed the friability of a fragile rock (mudstone A and B) is shown in FIG.
Crushability was confirmed by comparing the particle size distribution before compaction, when the compaction was performed for one cycle (1Ec), and when compaction was performed for two cycles (2Ec).
粒度が悪い脆弱岩（泥岩Ａ）を母材とした混合土の締固め後の粒度分布（図３の（ａ））は礫分が減少しており、粒度が良い脆弱岩（泥岩Ｂ）を母材とした混合土の締固め後の粒度分布（図３の（ｂ））と同程度の幅となった。例えば、泥岩Ａを母材とした混合土は、図３の（ａ）に示すように、締固めることで２ｍｍ以下含有率が７．１％から２２．９％に増加する結果となった。すなわち、脆弱岩の破砕性により、締固め前の粒度分布とは大きく変化する結果となった。 The particle size distribution after compaction of the mixed soil using the weak fragile rock (mudstone A) as a base material ((a) in Fig. 3) shows a decrease in gravel, and the fragile rock (mudstone B) with good particle size. It became the width | variety comparable as the particle size distribution ((b) of FIG. 3) after compacting of the mixed soil used as a base material. For example, as shown in FIG. 3 (a), the mixed soil using mudstone A as a base material has a content of 2 mm or less increased from 7.1% to 22.9% by compaction. In other words, due to the friability of fragile rocks, the particle size distribution before compaction changed greatly.
なお、図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、花崗岩を母材とした混合土は、締固め前後で大きな粒度分布の差異は生じなかった。 In addition, as shown to (a) and (b) of FIG. 4, the mixed soil which used granite as the base material did not produce the big difference of a particle size distribution before and after compaction.
次に、各試料に対して、突固めによる土の締固め試験を行った結果を示す。突固め方法は、Ａ−ｃ法により行った。
図５に示すように、母材が脆弱岩（泥岩Ａ，Ｂ）の混合土は、最大乾燥密度において飽和度Ｓｒ＝９０％、空気間隙率ｖａ＝０〜１０％程度であり、良好な締固め特性を示した。
Next, the result of the soil compaction test by tamping is shown for each sample. The tamping method was performed by the Ac method.
As shown in FIG. 5, mixed soil of the matrix is brittle rock (mudstone A, B) is saturation S r = 90% in the maximum dry density, an air porosity v a = about 0-10%, good Showed good compaction characteristics.
一方、母材が花崗岩の混合土は、最大乾燥密度において、飽和度Ｓｒ＝８０％、空気間隙率ｖａ＝０〜１０％程度であった。
また、母材が稲城砂の混合土は、ベントナイトの混合率が５％の場合は、最大乾燥密度において、飽和度Ｓｒ＝８０％、空気間隙率ｖａ＝０〜１０％程度であったが、混合率が１０％の場合に飽和度がＳｒ＝８０％以下、空気間隙率ｖａ＝５〜１０％程度であった。
On the other hand, mixed soil of preform granite, at the maximum dry density, saturation S r = 80%, was air porosity v a = about 0-10%.
The mixing soil preform Inagi sand, the mixing ratio of bentonite in the case of 5%, the maximum dry density,
したがって、母材として脆弱岩を使用することで、ベントナイトの配合が貧配合であっても、良好な締固め性状を確保することができる結果となった。 Therefore, by using brittle rock as the base material, it was possible to ensure good compaction properties even when the bentonite was poorly blended.
次に、締固めエネルギーの違いによる有効粘土密度を比較した結果を示す。
有効粘土密度は、式１を用いて算出した。
Next, the comparison result of the effective clay density by the difference of compaction energy is shown.
The effective clay density was calculated using
図６に示すように、母材として花崗岩を使用した場合と、稲城砂を使用した場合は、有効粘土密度は、締固めエネルギーの大きさに依存する傾向にある。
母材が花崗岩の場合および稲城砂の場合は、締固めエネルギー２Ｅｃ（締固めを２サイクル行った場合）の方が、締固めエネルギー１Ｅｃ（締固めを１サイクル行った場合）よりも密度が増加する。
As shown in FIG. 6, when granite is used as the base material and when Inagi sand is used, the effective clay density tends to depend on the size of the compaction energy.
When the base material is granite or Inagi sand, the compaction energy 2Ec (when compaction is performed for two cycles) is more dense than the compaction energy 1Ec (when compaction is performed for one cycle). To do.
一方、母材として脆弱岩（泥岩Ａ，Ｂ）を使用した混合土の有効粘土密度は、図６に示すように、粒度の差およびベントナイト混合率の差にかかわらず、締固めエネルギーにほとんど依存しない結果となった。
これは、締固めエネルギーが母材（脆弱岩）の破砕に寄与し、母材の粒度分布が調整されることによって、間隙充填がなされた結果、混合土の密実性が増加し、締固めエネルギーによらずに有効粘土密度が確保されると考えられる。
On the other hand, the effective clay density of the mixed soil using brittle rock (mudstone A, B) as the base material is almost dependent on the compaction energy, regardless of the difference in particle size and bentonite mixing rate, as shown in FIG. The result was not.
This is because the compaction energy contributes to the fracture of the base material (fragile rock), and by adjusting the particle size distribution of the base material, gap filling is performed, resulting in an increase in the solidity of the mixed soil and compaction. It is thought that effective clay density is ensured regardless of energy.
この結果は、締固めによる泥岩の粒子破砕性に起因していると推測される。すなわち、締固めエネルギーが泥岩の破砕に寄与し、母材の粒度分布が良くなることによって、ベントナイト混合土全体としての粒度分布が良好となり、間隙充填に繋がる結果となった。 This result is presumed to be due to the particle crushability of mudstone by compaction. That is, the compaction energy contributes to the crushing of the mudstone, and the particle size distribution of the base material is improved. As a result, the particle size distribution of the bentonite mixed soil as a whole is improved, leading to gap filling.
次に、混合土の遮水性能について確認するために行った透水試験の結果を示す。
図７の（ａ）に示すように、脆弱岩（泥岩Ａ，Ｂ）を母材とした場合は粒度による透水係数の違いが大きいものの、ベントナイト混合率が５％で１０−１１ｍ／ｓｅｃ程度、１０％で１０−１２ｍ／ｓｅｃ程度となった。したがって、遮水層として要求される透水係数（１０−８ｍ／ｓｅｃ以下）を大幅に下回る良好な遮水性能を有している。
Next, the result of the water permeability test performed in order to confirm the water shielding performance of mixed soil is shown.
As shown in FIG. 7 (a), when brittle rocks (mudstones A and B) are used as a base material, although the difference in the hydraulic conductivity depending on the particle size is large, the bentonite mixing ratio is about 10-11 m / sec at 5%. It became about 10 −12 m / sec at 10%. Therefore, it has good water shielding performance that is significantly lower than the water permeability coefficient (10 −8 m / sec or less) required for the water shielding layer.
なお、脆弱岩の岩塊について透水試験を実施したところ、１０−８ｍ／ｓｅｃ程度であった。すなわち、脆弱岩を破砕してベントナイトを貧配合で混合することで、遮水性能が向上する結果となった。 In addition, when the water permeability test was implemented about the block of brittle rock, it was about 10 <-8 > m / sec. That is, the water-blocking performance was improved by crushing the fragile rock and mixing bentonite with a poor blend.
なお、花崗岩を母材とした場合は、図７の（ｂ）に示すように、ベントナイト混合率が５％で１０−１１ｍ／ｓｅｃ以下、１０％で１０−１１ｍ／ｓｅｃ程度であった。 When granite was used as the base material, as shown in FIG. 7B, the bentonite mixing ratio was 10-11 m / sec or less at 5% and about 10-11 m / sec at 10%. .
次に、混合土について自己シール性試験を行った結果を示す。
自己シール性試験は、供試体を一軸圧縮試験によりせん断破壊させた後、透水試験用モールドにより実施した。
Next, the result of having performed the self-seal property test about mixed soil is shown.
The self-seal test was carried out using a mold for water permeability test after the specimen was sheared and broken by a uniaxial compression test.
母材として脆弱岩（泥岩）を使用した混合土は、図８の（ａ）に示すように、ベントナイト混合率（５％、１０％）に大きく依存せず、ベントナイトの膨潤変形により止水性が回復し、１０−４ｍ／ｓｅｃであった透水係数が、１１日間で１０−７ｍ／ｓｅｃにまで回復する結果となった。 As shown in FIG. 8 (a), the mixed soil using brittle rock (mudstone) as a base material does not greatly depend on the bentonite mixing ratio (5%, 10%), and has a water stoppage due to swelling deformation of bentonite. As a result, the hydraulic conductivity, which was 10 −4 m / sec, recovered to 10 −7 m / sec in 11 days.
これに対して、母材として稲城砂を使用した混合土は、図８の（ｂ）に示すように、ベントナイト混合率が１０％の場合は、１０−４ｍ／ｓｅｃであった透水係数が、１１日間で１０−７ｍ／ｓｅｃにまで回復する。ところが、ベントナイト混合率が５％の場合は、透水係数の変化が小さく、１０−６ｍ／ｓｅｃに留まる結果となった。 On the other hand, the mixed soil using Inagi sand as a base material has a permeability coefficient of 10 −4 m / sec when the bentonite mixing rate is 10%, as shown in FIG. Recovery to 10 −7 m / sec in 11 days. However, when the bentonite mixing ratio was 5%, the change in the water permeability coefficient was small, and the result was that it remained at 10 −6 m / sec.
次に、混合土について三軸圧縮試験を行った結果を示す。
図９に示すように、母材として脆弱岩を用いた場合は、ベントナイト混合率が５％では粘着力Ｃ’＝２０ｋＮ／ｍ２、内部摩擦角φ’＝２７°であった。したがって、脆弱岩を母材としたベントナイト混合土は、盛土材に適用できるせん断抵抗力を有する強度定数を有しており、主応力差はひずみの増加に伴い、急激なひずみ軟化を示すことなく応力が維持される変形追随性を有していることがわかる。ベントナイト混合率が１０％の場合は、粘着力Ｃ’＝１８ｋＮ／ｍ２、内部摩擦角φ’＝２５°であり、変形追随性を有していることがわかる。
Next, the results of a triaxial compression test on the mixed soil will be shown.
As shown in FIG. 9, when brittle rock was used as the base material, the adhesive strength C ′ = 20 kN / m 2 and the internal friction angle φ ′ = 27 ° were obtained when the bentonite mixing ratio was 5%. Therefore, bentonite mixed soils based on brittle rocks have a strength constant with shear resistance that can be applied to embankment materials, and the main stress difference does not show rapid strain softening with increasing strain. It can be seen that it has a deformation following property that maintains the stress. When the bentonite mixing ratio is 10%, the adhesive force C ′ = 18 kN / m 2 and the internal friction angle φ ′ = 25 ° are found, and it has a deformation following property.
以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。 The embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the above-described components can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
また、脆弱岩は、必ずしも岩級区分がＣＬ〜Ｄ級である必要はない。
また、脆弱岩は、必ずしも現地発生土である必要はない。
In addition, the fragile rocks do not necessarily have to be in the C L to D class.
In addition, fragile rocks do not necessarily have to be locally generated soil.
覆土を構成する材料は限定されないが、雨水等の水の浸透を防止する層を形成することが可能な材料が望ましい。
中間貯蔵施設は、必要な排水施設や地下水モニタリング設備を備えているのが望ましい。
Although the material which comprises a soil covering is not limited, The material which can form the layer which prevents permeation of water, such as rain water, is desirable.
The intermediate storage facility should be equipped with necessary drainage facilities and groundwater monitoring equipment.
１ 中間貯蔵施設
２ 不透水層
３ 凹部
４ 放射性廃棄物
５ 覆土
1
Claims (2)
前記母材は、掘削土であることを特徴とする、不透水層用の混合土。 Rock class classification is a mixed soil for impermeable layer comprising a mixture of bentonite the base material mainly composed of brittle rocks are C L to D class,
The mixed soil for an impermeable layer, wherein the base material is excavated soil.
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