資料第 109C-6-4号 電源 開発株式会社 大間原子力発電所 ⊂ . 原子炉建屋基礎地盤 の安定性検討 平成 1 8年 2月 原子力安全 ・保安院 [ 補足検討] 目 次 1 .検討 日的‥‥‥‥日..‥‥..‥. ‥… ‥...‥‥‥‥.‥. ‥‥‥‥ 1 2 .動的 FEM解析 による断層 内物質及びシームの強度特性 を 低減 させた検討 . ‥‥ 2 2.1解析条件 ...‥‥‥‥..‥‥‥.日.‥‥.‥日.‥‥‥‥‥‥‥‥ 2 2. 2解析結果及びま とめ ‥日.‥‥‥‥‥‥‥‥‥.‥‥.‥‥‥.‥. 3 C 3 .動的 FEM解析 による燃料補助建屋 を付加 したモデル の検討 ‥… 8 3.1解析条件 ‥.‥.‥‥.日.‥‥‥‥‥‥..‥日‥.日.‥‥‥‥‥ .8 3 . 2解析結果及びま とめ ...‥‥日日.‥‥‥.‥‥‥..‥.‥HHH . 8 4.慣用法 による燃料補助建屋基礎地盤 の安定性検討 ‥‥‥… ‥". 1 4 4 4.1解析条件 ‥.‥‥‥.‥‥.‥日.… ‥‥日.‥‥‥‥.‥‥‥.‥ 1 4 4. 2解析 手法 .‥‥.‥‥‥‥.‥.‥‥‥.‥.‥‥‥‥‥‥‥..‥‥ 1 4.3解析結果及びま とめ ‥‥‥日.‥‥.‖‥‥..‥..‥日..‥‥‥ 16 し 5 ・ま とめ--- -.・- -- ・- ・- ・---・ - ・・ ・ - - - ・ - - 2 0 1.検討 日的 「 資料第 109C-6-2号 電源 開発株 式会社 大間原子力発電所 以下 「 基本検討」とい う。)に加 え, 原子炉建屋基礎地盤 の安定性検討 」 ( 安定解析 に影響 を及ぼす可能性のある場合の検討 として,申請者が実施 した以下の解析結果の妥当性 について検討を行 う。 ① 動的 FEM解析 による断層 内物質及び シームの強度特性 を低減 さ せた検討 ② 動的 FEM解析 による燃料補助建屋 を付加 したモデルの検討 ③ 慣用法による燃料補助建屋基礎地盤 の安定性検討 2.動的 FEM解析 による断層 内物質及びシームの強度特性 を低減 させた 検討 T:標準 申請者 は,断層内物質及びシームの強度を平均値か ら 10 (c 偏差)低減 させた場合について,以下の とお り検討 している。 2. 1 解析条件 基本検討 の動的 FEM解析 においてすべ り安全率が最 も小 さい ⅩⅩ'断面を対象 に,断層 内物質及びシームの強度特性 を低減 させた解析 を行 っている。 解析用物性値は,断層 内物質及びシームの強度 を基本検討で用いてい る平均値か ら 1げ低減 させた値 に設定 している. 具体的な低減方法 としては,強度特性 を表わす回帰式 と個々の供試体 の破壊時のせん断応力 Tとの差か ら標準偏差を求め,内部摩擦角 ¢を固 定 した上で,せん断強度 で。( 粘着力 C) を lu低減 させている. また,残留強度 も同様 に低減 させている。 ・ 低減 させた断層内物質及びシームの強度 を第 2-1表, 平均値か ら 10 / 第 2-1図及び第 2-2図に示す。 断層 内物質及びシームの強度特性以外の解析条件 については,基本検 討 と同 じである。 2. 2 解析結果及びま とめ ( 1 )すべ りに対す る解析結果 a.断層及びシームの要素ごとの安全率 断層及びシームの要素 ごとの安全率を参考図集の第 2 -1図に示 す。 基本検討の結果 と比較 して要素 ごとの安全率は低下するものの, 新たに引張応力が発生 した要素及びせ ん断強度に達 した要素はな い。 b.すべ り安全率 基本検討において設定 した断層及び シームを通 る想定すべ り線 並びに応力状態 を考慮 した想定すべ り線 を対象 に,動的 FEM 解 -2 析 により求めたすべ り安全率を,基本検討の結果 と比較 して第 2 表 に示す。 断層内物質及びシームの強度特性 を低減 させた検討の最小すべ り安全率は 3.1 であ り,すべ りに対 して十分な安全性 を有 してい る。 なお,基本検討の最小すべ り安全率は 3.6である。 第2 -1表 断層内物質及びシームの強度特性 ( 断層 内物質及びシームの強度特性 を低減 させた検討) 基本検討 せん断強度 N′mm2 断層内物質 T=0. 23 +c r t a n21 0 強度特性を低減さ 断層 内物質及びシームの せた検討 残 留強度 N′mm2 で=0, 1 9 +Jt a n 21 0 せん断強度 N′m叩 2 T=0. 1 8+ut a n21 0 残留強度 N′ mm2 T=0. 1 3+0 t n21 a 0 1 l o 断層 内物 質 - 平均値 ---平均値 -lo せん断応力 で せん断応力 → -o --平均値 平均値 断層 内物質 -1ロ . 垂直応力 げ ′ ′ ノ - ′ ′ 1 .5 2. 0 0. 0 0. 5 ( N/ m mZ ) 静的単純せん断試験結果 ( 強度) 平均値 平均値 -1O ○ 5 0. 1 . 0 勺 ヽ .ノ 0 . 5 一 一 一 ′ノ -- - - 〟 ′ / N ′ _ ヽ 5 0 I1 h u 〟 ′ / N ′ \ 0, 0 e で-0. 23+ut an21 0 ( N/ m l n2) T-0.1 8+ ota n21 0 ( N/ mm2) ■ ′ メ ′ ′ ′′ 1 , 0 垂 直応力 o ′′′ノ ′ 一 一 1 .5 2. 0 ( N/ … 2 ) 静的単純せ ん断試験結果 ( 残留強度) 平均値 平均値 -1G 第2 -1 図 T-! 0.1 9+ ut n21 a 0 ( N/n m 2) T-: 0.13+ uta ( N/ mm2) n 2 1 0 断層 内物質 の強度特性 ( 断層 内物質及びシーム の強度特性 を低減 させた検討) 5 l 垂直応力 q 1 . 5 2. 0 0. 0 ( N/ mm2 ) 1 . 0 0. 5 垂 直応力 q 静的単純せん断試験結果 ( 強度) で-0. 24+ ot an1 9 0 ( N/ m m2) で-0.1 8+ qt an1 9 0 ( N/ J T m2 ) 0 平均値 平均値 110 5 1 . 0 0.5 ヽ ノ ′ ′一 一 一 ノ 一 冒 ロ 一′ 一一′ ノ一 一 8 〟 ′ / N lHH ■ ■川 ■ 5 0 ヽ ノ 〟 ′ / N ( 0. 0 ′ ヽ 1 -O ロ 「- 平均値 S S-8 -1 0-lu せん断応力 → せん断応力 L ・ 一□ O 一一平均値 平均値 S-1 S- 8 0-1q 1 .5 2. 0 ( N/ m m2 ) 静的単純せん断試験結果 ( 残留強度) 平均値 で-. 0.1 9十 占t an1 8 0 平均値 -1c r で-I l o.1 3+ ot an1 80 第2 -2図 ( N/ m m2) ( N/ m m2) シームの強度特性 ( 断層 内物質及びシームの強度特性 を低減 させた検討) ■ 6 第2 2表 すべ 番号 り線 4 すべ り安全率 ( 断層内物質及びシームの強度特性 を低減 させた検討, Ⅹ-X'断面) すべ り線形状 8 4 o R ノ B T / B 弛震 方向 力 5 4 0 _ _ I r ◆ ■ -■一r-/ 3 0 ○ すべ り安全率 基本検討 断層内物質及 度特性 びシームの強 させ た検討 を低減 I 4. 4 4.1 l 4. 5 4. 2 I 4, 6 4,3 l 4. 8 4. 5 すべ 番号 り線 7 0 O 7 ● ■ ■ I - 〟. . . J . . . . . # 5 7 0 o S 1 0 R 佃 T "" _ _ " L . L L - 8 4 o 3 0 0 S -10 R′ B T ′B 5 4 0 I 4. 5 4.2 4. 6 凡例 すべ り線 一 一 一 一 一 一 一 一断層 .シーム 地層境 界 4,3 T /B S 1 0 . 一 一 一 一 . . . . II 一 ■ ー J _ , _ . … . 一 . ■ r … ' r" 4 5 ○ . Lr ; l 度特性 断層内物質及 びシームの強 させ た検 を低減 討 I 4. 6 4. 3 1 49 0 9 ー J ーT S 8 /. 山 , 州 . . 一 I . A _ " = 望 R ′ B 一 . 「 L ⊥ . . , . _ . _ . . L 壁 L-" L■ , -一一一 B .. i.. … _ " I . T ■ ド . . ▼ . 一 一 J ` ■ 1 ■ = 1 . . . I . . 〟 , 岬 J t . . ' 1 岬■ . : . , . . , : = = f : : ] : 二 J . J 1 " i l 二, 二 : 二 . _. I- .. - - .. すべ り安全率 基 本検討 . _ 一 . _ , _ _ S T 1 0 . _ ー I _ . _ . 〟 , 二 二 = ; : . = こ ; : = T : i t i = ≡ 薄 ま , = _ .I " . _ ⊥ . . J r " , i Z l = 舟 山 什 ■ ' P L ー _ T , 山 一 . 一 . = J . モ ご = r J L 4 5 88 4 O R ′ BT ′ B l 一.. ∫ R/ B 地震力 方向 . ㊨ . 45 く さ ⊃ 7 6 5 4 ○ T ノ8 l き すべ り線形状 + ; } ) ' J = = , I " I . L 7 0 0 ≡ 二 ' . :I ` I i 4.1 3. 8 4. 0 3. 6 3.動的 FEM解析による燃料補助建屋 を付加 したモデルの検討 申請者 は,東西断面 ( Y-Y' 断面)において燃料補助建屋 をモデル 化 し,動的 FEM解析 による安定性 について検討 している。 3. 1 解析条件 7 -Y'断面を対象 に燃料補助建屋 をモデル化 した動的 FEM解析 を 行 っている。 燃料補助建屋のモデルは 多質点系モデルか ら有限要素モデルに変換 , す ることによ り作成 している。燃料補助建屋 を付加 した Y-Y' 断面の FEM解析用要素分割図を第 3 -1図 に示す。 その他の解析条件は,基本検討 と同 じである。 3. 2 解析結果及びま とめ ( 1 )すべ りに対す る解析結果 a.主応力分布及び要素 ごとの安全率 地震時の主応力図を参考図集の第 3 -1図に, 要素 ごとの安全率を 参考図集の第 3 -2図に示す。 原子炉建屋基礎岩盤 については,基本検討の結果 と比較 して,新 たに引張応力の発生 した要素及びせん断強度 に達 した要素はない。 また,シームについて も,新たに引張応力の発生 した要素及びせ ん断強度 に達 した要素はない。 8 b .すべ り安全率 基本検討 において設定 した原子炉建屋基礎底面沿いの想定すべ り線 ,断層及びシームを通 る想定すべ り線並びに応力状態 を考慮 した想定すべ り線 を対象 に,動的 FEM 解析 によ り求めたすべ り 安全率を,基本検討の結果 と比較 して第 3 -1表 に示す。 燃料補助建屋 を付加 したモデル による検討 の最小すべ り安全率 は 4.1であ り,すべ りに対 して十分な安全性 を有 している。 なお,基本検討の最小すべ り安全率は 3.9である。 ( 2)沈下に対す る解析結果 2表に示 原子炉建屋基礎の傾斜 を基本検討の結果 と比較 して第 3 す。 地震時の原子炉建屋基礎 両端における鉛直方 向の最大相対変位量 . 3 2cmで,その時の原子炉建屋基礎の傾斜 は約 1 /1 8 , 0 0 0であ り, は0 問題 となる不同沈下が生 じることはない。 . 3 6c m,傾斜は約 1 /1 6 , 0 0 0 なお,基本検討の最大相対変位量は 0 であるO -3表 に示す。 また,燃料補助建屋基礎の傾斜 を第 3 地震時の燃料補助建屋基礎 両端 における鉛直方 向の最大相対変位 . 2 2cm で,その時の燃料補助建屋基礎の傾斜は約 1 /1 6 , 0 0 0で 量は 0 あ り,問題 となる不同沈下が生 じることはない。 [= ] ctf 粗粒凝灰岩 に st st( H) シルト岩( 硬質都) コ Ⅲ Ⅲ Ⅲ シルト岩 m 舶tf 淡灰色火山脱 灰岩 □ 圏 d且tf 暗灰色火山棟凝灰岩 [ = ] sd( W) 堆積岩 ( 風化部) 膿 t b □b A v 安山岩溶岩 ( 角襟状) 匡 ヨ da デイサイト ≡ : ] atf 酸性凝灰岩 国 玄武岩 ( 角蝶状) ⊂ コ 軽石凝灰岩 ba 断層 シーム py( W)火山砕屑岩( 風化部) 原子炉建屋 Y I r ∼ 燃建 料塵 補助 」 」 A l Hll l l l ■ I 1 . . -・ : ヾ - \ / L TL・ Ir. l ; l 一 ▼ \ I 」 Fr ' l ll t f l l l l l I I E i r. l l l l l l l l - 】 】 I r ∫ r ド F 巨 ト J r F ≡ ≡ ≡ . f i r ≡≡ I E Y I / 】 r I ≡ ≡≡ ▼ ■ / = = : . L l I . 1 -I 」 r L . J 一 、 一 , ヨ : = l = J I - = - 暗灰色火山横凝灰岩及びシルト岩 [ =]表 土 ・ 盛土材 [ =]埋 戻 匠≡ ∃ py( C) 火山砕屑岩 ( クリ ンカー賢部) ⊂コ a 且 t細粒汲灰f・粗粒凝灰岩 [ = ] m且V( I )安山岩溶岩 ( 塊掛 相 則性節理部) 凝灰角硬岩 ptf ⊂コ may( R) 安山岩溶岩 ( 塊状 ・ 規則性節理部) I 二 一 1 } - -3 0 0 -2 5 0 -2 0 0 -1 5 0 -1 0 0 -5 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 第3 -1 図 2 5 0 3 0 0 解析用要素分割 図 ( Y-Y' 断面) ( 燃料補助建屋 を付加 したモデル による検討) 1 0 第3 1表 す 番号 べ り線 すべ り安全率 ( 燃料補助建屋 を付加 したモデルによる検討,Y-Y' 断面) 地意 方向 力 す べ り線 形 状 す べ り安 全 率 基本 検討 R / B 1 F A / B I _ T I -+ I I L I L L I I --J I T --J "r T T 3 0○ 2 R ′ B 84 o F A/ B ー I ■ _ -L ⊥ l J ■ ■ ■ -.一一- ■←■r ← -■ I ■ ■J H" 4 20 o R ′ B o F A /a 84 70 0 燃 討 デル を付加 料補助建屋 に よる検 したモ I 7 . 3 7 . 6 1 7 . 4 7 . 8 I ll . 7 1 0 . 8 1 l l . 7 1 0 . 5 I 1 5 .1 1 4 . 4 I 1 4. 4 1 4 , 9 凡例 す べ り線 一 一 一断層 .シーム 一 山一 一 地層境 界 討 基本検討 ト . . . = T u -: . = ≡ : = U , = = ; = ` ; : ; = = = ; I " = : L e 咄-i mT t i 詰 こ こ ; { r " R 1 ■ = J . T 十 一. J I . . ■ . I I J ▼ 」 ; ; ; ; : i i G ; ; ; ; ; ; ; : i ; ; : ; i i : P L E I ≡ = : = = : = 」 . . - {-I . -L -. . . ' = ■ ` R ` …■ "T } = -J = u 書 目 I l I T . = r } . . . _ . 一 . . L -J . . . . ; ; ; ; ; i a l l I 6 . 6 デル を付加 に よる検 したモ 燃 料補助建屋 7 . 3 第3 2表 原子炉建屋基礎 の傾斜 ( 燃料補助建屋 を付加 したモデル による検討 , 7-Y' 断面) 発生時刻 ( 秤) 最大相 ( 鉛直方 対変位量 向) 「 βAY - ∂BV ( c m) 最大傾斜 虹 二 し起 基本検討 1 4. 8 9 0. 36 1 /1 6,0 00 燃料補助建屋 ル による検討 を付加 したモデ 29. 5 2 0. 3 2 1 /1 8, 00 0 千 f f I . f ∠ 地 吾、 震 時_ 二 ∫ l 千 A B R / B A B 基本検討 βA Y , 6B Yは上向きを正 とする。 鉛直方向相対変位は左上 りを正 とする。 燃料補助建屋 を付加 したモデル による検討 1 2 第3 -3表 燃料補助建屋基礎の傾斜 断面) ( 燃料補助建屋 を付加 したモデルによる検討,Y-Y' 発生時刻 ( 秒) 最大相対変位 ( 鉛直方 向)量 ∂A y- ∂B Y 燃料補助建屋 ルによる検討 を付加 したモデ f f 1 . , ' ∠ T A 1 4. 8 5 地震時 え ー_ 山∫ I B T BA Y, SB Yは上向きを正 とす る。 鉛直方向相対変位 は左上 りを正 とす る。 1 3 ( c m) 0 . 2 2 最大傾斜 坦旦 適し 1 /1 6 , 00 0 4.慣用法による燃料補助建屋基礎地盤の安定性検討 申請者 は,燃料補助建屋基礎地盤の安定性 を検討するに当たって,燃 料補助建屋基礎底面の支持力,平面すべ り及び建屋築造による沈下に対 す る安全性 については慣用法 により検討 している。 4. 1 解析条件 解析で対象 とす る断面は,燃料補助建屋 中心を通 る南北方向断面であ るⅩ-Ⅹ'断面 と, これ に直交 し中心 を通 る東西方 向断面であるY- Y'断面 としている。 燃料補助建屋の水平方向の地震力については,原子炉建屋 と同様に層 せん断力係数 3. OCIに基づ く地震力を,鉛直方向の地震力については, 燃料補助建屋に 0.24G を作用 させている。作用方 向は解析断面の水平 方向及び鉛直 2方向としている。 地下水位 は,基礎スラブ上面に設定 している。 4. 2 解析手法 ( 1 )支持力 に対す る検討 燃料補助建屋 の支持力 に対す る検討では,燃料補助建屋基礎底面 に分布す る凝灰角磯岩 と原子炉建屋基礎底面に分布す る淡灰色火 山 磯凝灰岩 の岩石試験結果がほぼ同程度 と考 えられ ることか ら, 淡灰色 火 山磯凝灰岩 の支持力試験結果 と燃料補助建屋基礎底面における接 地圧分布 とを比較 して, 基礎底面地盤 の常時及び地震時の支持力に対 す る安全性を検討 している。 1 4 ( 2)平面すべ りに対す る検討 燃料補助建屋基礎底面の平面すべ りの検討では,燃料補助建屋の 基礎底面の岩盤 区分である凝灰角磯岩のせん断強度 として淡灰色火 山磯凝灰岩 のブ ロックせん断試験結果か ら推定 した値 を用いて,原 子炉建屋基礎底面の平面すべ りに対す る検討 と同様な手法によ り検 討 している 。 具体的には,凝灰角硬岩 のせん断強度 は建屋 の地震時の平均接地 圧 0. 33N/ m 2 にお ける凝灰角硬岩 と淡灰色火 山磯凝灰岩 との三軸圧 . 91か ら,淡灰色火 山磯凝灰岩のブロックせん断試験のせ 縮強度比 0 ん断強度 を低減 させ て求めている。 このよ うに推定 した凝灰角磯岩 rとの関係 は,以下の とお りで の破壊時のせ ん断応力 Tと垂直応力 c ある。 mm2 ) で-0. 47十 gt a n35 0 ( N/ 平面すべ りの検討ケースを第 4 -1表に示す。 ( 3)沈下に対す る検討 燃料補助建屋 の沈下に対す る検討では,燃料補助建屋基礎底面に 分布す る凝灰角硬岩 の割線弾性係数 として淡灰色火 山磯凝灰岩の岩 盤変形試験結果か ら推定 した値 を用いて検討 している。 . 2 6N/ mm2における凝灰角磯岩 具体的には,建屋 の常時の接地圧 0 と淡灰色火 山磯凝灰岩 との三軸圧縮試験に基づ く静弾性係数比 0 . 9 6 か ら,淡灰色火 山磯凝灰岩の岩盤変形試験の割線弾性係数 を低減 さ . 5 6×103 N/ m m2,凝灰角藤岩の-軸及び せて算出 した割線弾性係数 1 1 5 三軸圧縮試験か ら求めたポア ソン比 0. 47,並びに三軸クリープ試験 23を用いて沈下量を求め,安全性 を検討 か ら求めたク リープ係数 0. している。 4. 3 解析結果及びまとめ ( 1 )支持力に対す る安全性 -2表に示す。 燃料補助建屋基礎底面における接地圧分布 を第 4 燃料補助建屋の常時の接地圧 は約 0.3N/ m 2,地廉時の最大接地圧 . 7N/ r n m2であ り, 燃料補助建屋の接地圧 は原子炉建屋に比べて は約 0 小 さいことか ら支持力が問題 とな らない。 ( 2)平面すべ りに対す る安全性 平面すべ りの検討結果 を第 4-3表に示す。 最小すべ り安全率は 3.3 であ り,すべ りに対 して十分な安全性 を 有 している。 ( 3)沈下に対す る安全性 燃料補助建屋築造による沈下量は,燃料補助建屋 中心で約 0. 8cm であ り,燃料補助建屋の沈下は,そのほ とん どが短期間で収束する ことか ら,建屋及び機器 に与える影響はない。 1 6 第4 -1表 慣用法検討ケース ( 燃料補助建屋) 解析 手法 解析断面 地震力方向 慣用法 Ⅹ-Ⅹ'断面 ー」 1 7 / . ′ ヽ 第4 2表 水 平地震力方 向 l 日 l 燃料補助建屋基礎底 面にお ける接地圧分布 Ⅹ-Ⅹ' 常時 鉛 直地震力方 向 荷 屋 塞 逮 転倒モーメン ( N. m)直力 ト2)1 鉛直力 . 有効鉛 ( N) ) 鉛 直力 浮力 しない場合 を考慮 - 有効鉛直力 鉛直力 1 30.090×1 07 55, 485X1 07 325.6×1 07直力 有効鉛直力 鉛 T 51 .569×1 07 34.007×107 有効鉛直力 鉛 直力 1 30.090×107 55. 485×1 07 332.3×1 07直力 有効鉛直力 鉛 18.75×107 51 .569×1 07 有効鉛 直力 18.75×107 lF l 4 5 l , 0 l mh L ⊥ 」E I 4 5 . 0 O n l≡ 妄 l㊨ l l J 」4 5 . 0 〔 l m l l 0. 26N′mm2 浮した場合 力 を考慮 34.007×1 07 - 水平力 ( N)2) 痩 空 症 析 解 分 果 也 紘3 ) 40.829×1 07 Y-Y' 地震 時 T 44.746×107 ー 了 \. l l l L 0 4 . 4 5 9 . 日 0′ 0 ′ M mm2ー ( q , n 0 T n . = 6 0 2 N . 0 / 8 m N ′ r n m 2m2 ) 0. 63 N/mm2 3 5 4 5 . C I n l l l」 4 5 . 0 n醍 0. 48 N/mm2 0. 6 6N/mm2 ( U , n 0 ; n . = 59 0日 . 0 / 5 m N/ mm 2m2) 35. 50 m ≡ 0. 6 8日/mm2 第4 3表 水平地震力方向 Ⅹ-Ⅹ' Y-Y' すべ り安全率 燃料補助建屋基礎底面の平面すべ り 鉛直地震力方 向 抵抗力 ( N) せん断力 ( N) すべ り安全率 T 8. OX108 1 .9X108 4, 2 1 ll.1×1 08 1 .9×108 5.8 T 6. 4Xl O8 l . 9×108 3 . 3 r/ 1 9 . 5 .ま とめ 申請者が実施 した,動的 FEM解析による断層内物質及びシームの強 度特性を低減 させた検討,動的 FEM解析による燃料補助建屋を付加 し たモデルの検討並びに慣用法 による燃料補助建屋基礎地盤 の安定性検 討について,これ らの解析結果は妥当であると判断 した。 20
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