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[HSC05-15] ガスハイドレートを利用したCO2地中貯留時の海底地盤の変形解析
キーワード：CO2地中貯留、ガスハイドレート、地盤変形、数値解析
二酸化炭素地中貯留（CCS）の方法の一つとして，CO2をハイドレート化して海底地盤中に貯留する方法が提案されている．この方法では，ハイドレート安定領域でCO2と海水を反応させ，固体のハイドレートとして化学的に固定するため，超臨界状態や気体の場合より漏洩しにくいことが考えられる．また，遮へい層は必要ではないため，実用化されれば貯留適地の拡大が期待できる．
本研究では，ガスハイドレートを利用したCO2地中貯留時の海底地盤の変形挙動について，二相流体-土骨格連成解析法（Akaki et al., 2016）により検討を行った．本解析手法では，固相（土，ハイドレート）と二つの液相（CO2，水）を取り扱う．ハイドレート含有地盤の構成式には時間依存性を考慮した弾粘塑性構成式（木元ら, 2019）を用いた．二相流体のCapillary pressure- saturation 関係式にはvan Genuchtenを用いた．空間離散化には有限要素法，時間離散化にはNewmark’s β法を用いている．
解析例として，水深1000m下の海底地盤内に厚さ2mのハイドレートシール層が形成された状態を想定して、CO2液体圧入による地盤の力学的安定を検討する．解析結果より，海底地盤中の間隙水圧，CO2液圧，骨格応力の変化，変形について予測し，海底地盤の安定性について検討した．
Akaki, T., Kimoto, S. and Oka, F., Chemo-thermo-mechanically coupled seismic analysis of methane hydrate-bearing sediments during a predicted Nankai Trough Earthquake, Int. J. for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol. 40, pp. 2207–2237, DOI: 10.1002/nag.2527, 2016.
木元小百合, 吉本将基, 田窪尭, CO2ハイドレート含有砂試料のクリープ挙動と弾粘塑性構成式による再現, 材料, Vol. 68, No. 11, pp. 812-817, 2019.
本研究では，ガスハイドレートを利用したCO2地中貯留時の海底地盤の変形挙動について，二相流体-土骨格連成解析法（Akaki et al., 2016）により検討を行った．本解析手法では，固相（土，ハイドレート）と二つの液相（CO2，水）を取り扱う．ハイドレート含有地盤の構成式には時間依存性を考慮した弾粘塑性構成式（木元ら, 2019）を用いた．二相流体のCapillary pressure- saturation 関係式にはvan Genuchtenを用いた．空間離散化には有限要素法，時間離散化にはNewmark’s β法を用いている．
解析例として，水深1000m下の海底地盤内に厚さ2mのハイドレートシール層が形成された状態を想定して、CO2液体圧入による地盤の力学的安定を検討する．解析結果より，海底地盤中の間隙水圧，CO2液圧，骨格応力の変化，変形について予測し，海底地盤の安定性について検討した．
Akaki, T., Kimoto, S. and Oka, F., Chemo-thermo-mechanically coupled seismic analysis of methane hydrate-bearing sediments during a predicted Nankai Trough Earthquake, Int. J. for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol. 40, pp. 2207–2237, DOI: 10.1002/nag.2527, 2016.
木元小百合, 吉本将基, 田窪尭, CO2ハイドレート含有砂試料のクリープ挙動と弾粘塑性構成式による再現, 材料, Vol. 68, No. 11, pp. 812-817, 2019.