本文關(guān)鍵詞：高放核廢物地質(zhì)處置中工程屏障研究新進(jìn)展，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

? 846 ? 巖石力學(xué)與工程學(xué)報 2006年

土的飽和過程產(chǎn)生很大的影響。由于在貯存容器周圍的溫度較高，土體失水引起水往外圍遷移�？傊�，氣相水的遷移會加快外圍土的飽和過程。高溫條件下氣相水壓力會達(dá)到一個較大的值，成為氣體壓力中的主要部分。在某些情況下，由此引起的高氣壓將控制整個土體的滲透性。溫度升高引起水化加快的主要機(jī)制有兩個，一是液相水的黏滯性降低，二是圍巖中水壓力上升。

(3) 水力特性

土體中最終的應(yīng)力狀態(tài)主要取決于圍巖的變形性和土的密實(shí)度，其他因素(包括土體厚度)對其影響不明顯。在圍巖剛度很大的情況下，土體中的最終應(yīng)力值接近于土的膨脹壓力。隨著圍巖變形性的提高，這個應(yīng)力值會隨之降低。應(yīng)力在土體中的分布相對較均勻，尤其是徑向應(yīng)力。圍巖與土體接觸面的移動一般較小，因此土體的孔隙比變化不大，土體中某一部分的膨脹會被另一部分的壓縮所補(bǔ)償。圍巖中的應(yīng)力變化絕大部分是由溫度效應(yīng)引起的，膨潤土的膨脹只影響到小范圍內(nèi)的鄰近區(qū)域。

膨潤土-砂

膨潤土– 混合物

砂混合物

填充填充

入口水平入口水平

支巷道支巷道

花崗巖花崗巖

水/氣水/氣

遷移遷移

3.0 m 施工施工

接縫接縫

4.5 m 混凝土混凝土貯存室貯存室

（水飽和）(水飽和)

回填物 回填物

氣體氣體

注入注入

氣體氣體

遷移遷移

氣氣

φ 4.0 m

高滲透性剪切帶 高滲透性剪切帶

圖5 氣體遷移試驗(yàn)[20] Fig.5 Gas migration test[20]

室中進(jìn)行，貯存室由垂直鉆孔開挖形成。這些密封材料形成了工程屏障系統(tǒng)，主要為膨潤土和砂的混合物。與核廢物處置庫豎井相比，試驗(yàn)比例為1∶10。從貯存室中央注入氣體，以模擬實(shí)際氣體產(chǎn)生的情況，同時監(jiān)測和評判整個工程屏障系統(tǒng)和附近地層圈的性狀。

5 氣體產(chǎn)生及其遷移

氣體的產(chǎn)生主要來自于以下幾個方面：(1) 在低氧或無氧條件下金屬容器因腐蝕而產(chǎn)生的氫氣；(2) 水受輻射而產(chǎn)生的氫氣；(3) 由微生物作用使有機(jī)物質(zhì)變質(zhì)而產(chǎn)生的二氧化碳、甲烷、硫化氫、氮?dú)獾葰怏w；(4) 由α射線作用引起的氦氣；(5) 有機(jī)

6 結(jié) 論

本文對目前工程屏障特性研究的進(jìn)展?fàn)顩r作了一些簡單介紹，可總結(jié)歸納出以下幾點(diǎn)：

(1) 用膨潤土或膨潤土與其他骨料的混合物作填充材料已得到普遍的公認(rèn)。

(2) 膨潤土的選擇主要取決于其蒙脫石的含量和膨潤土的儲量。

(3) 對地質(zhì)化學(xué)方面的研究工作目前僅限于理論分析和數(shù)值模擬，需要補(bǔ)充大量的試驗(yàn)工作。

(4) 對熱–水–力的耦合分析上，在溫度低于100 ℃和土為飽和的條件下，從理論上和試驗(yàn)上都取得了一定的成果，但對于高于100 ℃和非飽和狀態(tài)了解甚少。目前已經(jīng)開發(fā)的數(shù)值分析方法可用來分析解釋一些工程現(xiàn)象，但其驗(yàn)證還需試驗(yàn)數(shù)據(jù)作支撐。觀察土的微觀結(jié)構(gòu)是了解各種復(fù)雜條件下土特性的重要手段，應(yīng)更廣泛地應(yīng)用。接觸面的厚度對整個地質(zhì)處置系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性影響很大，從理論上和試驗(yàn)上都應(yīng)對其引起重視。

(5) 對氣體產(chǎn)生及其遷移的研究，目前僅較清楚地了解其機(jī)制，但有關(guān)其對整個地質(zhì)處置系統(tǒng)安全穩(wěn)定性影響的分析還需大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，尤其是室內(nèi)小型試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)作依據(jù)。

物質(zhì)受到輻射產(chǎn)生的氫氣等。

其中金屬物質(zhì)的腐蝕是氣體產(chǎn)生的主要因素。對之分析較為復(fù)雜，因?yàn)檫@涉及到其產(chǎn)生的三種環(huán)境：一是在滲水之前的大氣條件下；二是在非飽和狀態(tài)下；三是在飽和狀態(tài)下。目前這方面的工作大部分還處于理論分析階段，主要問題是試驗(yàn)數(shù)據(jù)貧乏。

氣體的產(chǎn)生對整個處置系統(tǒng)的安全性有很大影響，產(chǎn)生的高氣壓可能破壞工程屏障的整體性；壓力梯度的增加會加快水的遷移及核素的移動；過多的輻射氣體、有毒氣體和易燃?xì)怏w會對整個生物圈造成不良影響。由于問題的重要性和復(fù)雜性，一般需要對試驗(yàn)進(jìn)行大力度的投入，以便獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值分析模擬。圖5為一現(xiàn)場氣體遷移(gas migration test，GMT)試驗(yàn)示意圖[20]，試驗(yàn)?zāi)M某中等深度的核廢物地質(zhì)處置庫周邊水和氣的流動。試驗(yàn)在花崗巖地層中一個被各種密封材料包裹的混凝土貯存

第25卷 第4期 崔玉軍等. 高放核廢物地質(zhì)處置中工程屏障研究新進(jìn)展 ? 847 ?

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