【摘要】：緩沖材料是高放廢物處置庫工程屏障的一部分,一般以不同形式組合的砌塊置于核廢物罐和圍巖之間,用于阻滯放射性核素向外遷移。在高放廢物處置庫內(nèi),膨潤土砌塊會受到復(fù)雜的熱—水—力(THM)的耦合作用,要有效評估膨潤土砌塊的阻滯能力,需要對這種耦合作用進(jìn)行研究。本文基于多孔介質(zhì)多場耦合理論,采用有限元數(shù)值模擬方法,對膨潤土砌塊平面單環(huán)和雙環(huán)組合形式的THM耦合作用過程進(jìn)行了模擬和分析。本文主要的研究內(nèi)容和完成的工作如下:(1)考慮相變、溶解、溫度驅(qū)動、流體傳輸和濕化膨脹等物理現(xiàn)象,對基于混合物理論、連續(xù)介質(zhì)理論和普遍的守恒原理建立的多孔介質(zhì)THM耦合數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了整理,其中對描述液體中空氣溶解的控制方程進(jìn)行了重新推導(dǎo),所得到的控制方程組可用于分析緩沖材料的THM耦合現(xiàn)象。(2)對多物理場有限元軟件COMSOL中的PDE數(shù)學(xué)模塊進(jìn)行二次開發(fā),將所推導(dǎo)的緩沖材料THM耦合控制方程組和耦合參數(shù)進(jìn)行輸入和定義,建立了適用于分析緩沖材料THM耦合問題的數(shù)值方法。(3)采用我國高廟子(GMZ)膨潤土相關(guān)的物理、力學(xué)、熱力學(xué)、水力學(xué)等參數(shù)和本構(gòu)模型,對我國大型緩沖材料THM耦合室內(nèi)臺架試驗(yàn)(China-Mock-Up)的試驗(yàn)過程進(jìn)行了為期600天的數(shù)值模擬,獲得了溫度場、滲流場和應(yīng)力場的變化規(guī)律,通過數(shù)值模擬結(jié)果與測得的溫度、相對濕度和膨脹力等試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析,驗(yàn)證了該數(shù)值模擬方法的可行性。(4)基于我國高放廢物處置庫的概念設(shè)計并參考國外資料,提出了適于我國現(xiàn)有制造水平的平面單環(huán)3砌塊和雙環(huán)6砌塊組合形式的緩沖材料模型:開展了緩沖材料為期10年的THM耦合作用過程的數(shù)值模擬,得到了砌塊徑向和環(huán)向接縫存在條件下緩沖材料溫度場、滲流場和位移場的分布及演化規(guī)律,同時還揭示了砌塊徑向和環(huán)向接縫的封閉愈合規(guī)律。本文研究成果不僅有助于了解不同砌塊組合形式緩沖材料的THM耦合作用過程,為研究緩沖材料的長期性能提供數(shù)值模擬方法,而且對我國高放廢物處置庫緩沖材料的設(shè)計具有指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU522.3
【圖文】：

土）幾何形狀與尺寸的設(shè)計，他們利用巨型３萬噸壓力機(jī)將膨潤土粉末壓制成直逡逑徑近２ｍ、厚度０．４ｍ、干密度１．７ｇ／ｃｍ３重達(dá)數(shù)噸的單塊環(huán)形高壓實(shí)膨潤土砌塊，研逡逑制了特種工程機(jī)械負(fù)責(zé)在處置庫巷道內(nèi)運(yùn)輸和吊裝該巨型砌塊［１］，如圖１－２所示。逡逑＿}0逡逑（ａ）運(yùn)輸和安裝機(jī)械邐（ｂ）砌塊吊裝就位逡逑圖１－２膨潤土砌塊安裝過程逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ邋ｂｌｏｃｋ邋：邋（ａ）邋ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ邋ａｎｄ邋ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ邋ｍａｃｈｉｎｅ；逡逑（ｂ）邋ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ邋ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ邋ｂｌｏｃｋｓ逡逑２００７年Ｈ）月，國務(wù)院批準(zhǔn)的《國家核電發(fā)展專題規(guī)劃（２００５－２０２０年）》中明逡逑確提出要在２０２０年之前建成我國高放射性廢物地質(zhì)處置地下實(shí)驗(yàn)室，并針對工程逡逑屏障^u展一系列的原位試驗(yàn)ｗ。我們國家目前還不具備壓制這種高壓實(shí)膨潤土單環(huán)逡逑巨型砌塊的經(jīng)驗(yàn)，難以在保證單環(huán)巨型砌塊質(zhì)量合格率的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，同時逡逑為方便緩沖材料的儲存、運(yùn)輸和安裝，因此參考國外，諸如比利時、日本等國家逡逑的做法，采用壓實(shí)膨潤土砌塊組合形式緩沖材料。逡逑這種砌塊組合形式緩沖材料根據(jù)組合形式的不同，砌塊與砌塊之間存在著不逡逑同形式的接縫，這些接縫的存在會成為地下水的優(yōu)勢滲流通道，劣化緩沖材料的逡逑阻隔性能。陳寶ｗ指出

逡逑及砌塊與廢物罐之間難免會存在一定寬度的接縫如圖１－３中（ａ）所示，這些接縫的逡逑存在會加速地下水的傳播。崔玉軍１７１提到，由砌塊襯砌而成的工程屏障不免會存在邐、逡逑一定的空隙接觸面，這些空隙接觸面會影響工程屏障的性能。Ａ．邋ＦＥＲＲＡＲＩ等１（＂提逡逑出在膨潤土砌塊之間不需要填充任何緩沖材料，依靠膨潤土砌塊自身水化膨脹作逡逑用自行完成對接縫的封閉。盡管如此，出于安全起見將在接縫內(nèi)填充經(jīng)過破碎的逡逑高壓實(shí)膨潤土顆粒如圖１－３中（ｂ）所示，這樣一來對于以延緩地下水入滲、阻滯放逡逑射性核素向外遷移為主要功能的緩沖材料來說，其隔水性能不再只和高壓實(shí)膨潤逡逑土砌塊的滲透性有關(guān)，很大程度上還依賴于接縫的寬度和接縫中填充材料的滲透逡逑性。逡逑畫售逡逑s6歐＾＿邋’邋一＇一…‘邐

吸水性能測試、熱驅(qū)動測試以及大型試驗(yàn)臺架的耦合作用過程測試ｉ：ｕ］。逡逑２）邋ＦＥＢＥＸ邋項(xiàng)目逡逑ＦＥＢＥＸ邋項(xiàng)目（Ｆｕｌｌ－ｓｃａｌｅ邋Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ邋Ｂａｒｒｉｅｒ邋Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ）主要研究緩沖材料置庫中高放廢物的長期隔離能力。該項(xiàng)目基于西班牙對于結(jié)晶巖體中核廢物的概念設(shè)計，將廢物罐安置在水平巷道中，廢物罐周圍被高壓實(shí)的膨潤土緩料包圍，其中，膨潤土的主要作用是緩沖圍巖對廢物罐的作用，傳導(dǎo)衰變熱阻滯放射性核素向外遷移。ＦＥＢＥＸ包括兩個大型的試驗(yàn)測試，一個是位于瑞ＲＩＭＳＥＬ地下實(shí)驗(yàn)室的原位測試，另一個是位于西班牙Ｍａｄｒｉｄ的能源、環(huán)境技中心（ＣＩＥＭＡＴ）的大型室內(nèi)試驗(yàn)臺架測試。除此之外還做了一系列的小型內(nèi)試驗(yàn)，目〗的是為模擬大型試驗(yàn)提供必要的模擬參數(shù)ｌ邋ｕ］。在臺架測試之中，膨受到均勻穩(wěn)定的水壓力作用，該注水壓力值受到人工控制。在原位測試中，水的入滲會受到圍巖裂隙分布及地下水水頭高度的控制。因此，相比原位試驗(yàn)，逡逑內(nèi)臺架試驗(yàn)擁有較為精確可靠的邊界以供數(shù)值模擬建模計算和分析。原位測夠反應(yīng)真實(shí)處置庫環(huán)境下，緩沖材料的行為特征，并利用試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，＋校正ＴＨＭ耦合變量和數(shù)值模型。逡逑Ｄａｔｅ邋ａｏｊｕｉｓｉｌｉｏｎ邋ｓｙｓｔｅｍ邋｛ＤＡＳ）邐邐逡逑？

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2774918