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。

第25卷第4期；巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)Vol.25No.4；2006年4月ChineseJournalofR；高放核廢物地質(zhì)處置中工程屏障研究新進(jìn)展；崔玉軍1，陳寶23；(1.國(guó)立路橋大學(xué)巖土力學(xué)教育與研究中心，法國(guó)巴；2.同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系，上海200092；；摘要：中國(guó)對(duì)該課題的研究始于1985年，但是長(zhǎng)期；中圖分類號(hào)：TL942+.21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

第25卷 第4期

巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) Vol.25 No.4

2006年4月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April，2006

高放核廢物地質(zhì)處置中工程屏障研究新進(jìn)展

崔玉軍1，陳 寶23

，

(1. 國(guó)立路橋大學(xué) 巖土力學(xué)教育與研究中心，法國(guó) 巴黎；

2. 同濟(jì)大學(xué) 地下建筑與工程系，上海 200092；3. 同濟(jì)大學(xué) 巖土工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092)

摘要：中國(guó)對(duì)該課題的研究始于1985年，，但是長(zhǎng)期以來(lái)未能引起足夠的關(guān)注，相關(guān)研究項(xiàng)目也非常有限。近年來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，能源短缺問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，發(fā)展和利用核能已作為一種主要的解決方案，因此核廢物的安全處置則成為現(xiàn)實(shí)的重要課題。中國(guó)在利用膨潤(rùn)土作為工程隔絕材料方面的研究工作，主要限于選擇合適的膨潤(rùn)土，而高廟子膨潤(rùn)土作為最終選擇的緩沖材料，其基本物理–化學(xué)特性已得到確定，但有關(guān)熱–水–力耦合的試驗(yàn)尚未開(kāi)展，相關(guān)課題的研究也尚需努力。鑒于國(guó)際上已對(duì)多種其他備選膨潤(rùn)土進(jìn)行過(guò)大量研究，有關(guān)成果可望用于指導(dǎo)即將在中國(guó)進(jìn)行的高廟子膨潤(rùn)土試驗(yàn)研究。此文的主要目的就是為中國(guó)核廢物的地質(zhì)處置研究提供一些有益的經(jīng)驗(yàn)。首先，介紹使用基于膨潤(rùn)土的工程隔絕核廢物地質(zhì)處置方法，這一方法已為廣泛接受；然后，介紹膨潤(rùn)土的選擇標(biāo)準(zhǔn)，地質(zhì)–化學(xué)特性、熱–水–力性態(tài)(包括微觀結(jié)構(gòu)、宏觀性態(tài)、接縫性態(tài)和數(shù)值分析)，以及在放射性廢物處置過(guò)程中產(chǎn)生的氣體對(duì)工程隔絕層的影響等，通過(guò)不同實(shí)例來(lái)展示試驗(yàn)原理和主要結(jié)果；最后，對(duì)近期國(guó)內(nèi)外研究成果和未來(lái)發(fā)展前景進(jìn)行總結(jié)。 關(guān)鍵詞：高放廢物；地質(zhì)處置；工程屏障；膨潤(rùn)土

中圖分類號(hào)：TL 942+.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000–6915(2006)04–0842–06

RECENT ADVANCES IN RESEARCH ON ENGINEERED BARRIER FOR

GEOLOGICAL DISPOSAL OF HIGH-LEVEL RADIOACTIVE

NUCLEAR WASTE

CUI Yujun1，CHEN Bao23

，

(1. CERMES，L′Ecole Nationale des Ponts et Chaussées，Paris，F(xiàn)rance；

2. Department of Geotechnical Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China； 3. Key Laboratory of Geotechnical Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China)

Abstract：In China，the issue of nuclear waste disposal was started in 1985，but without paying significant attention and therefore the progress has been quite limited. Recently，with the impressive economic boom in China，energy shortage has become a more and more serious problem. In this study，nuclear energy is considered as one of the alternative solutions. Obviously，the issue on nuclear waste disposal becomes important actuality. In this paper，the research state in China about the bentonite as engineered barrier material was first presented. As a whole，the selection of Gaomiaozhi(GMZ) bentonite as buffer material has been performed，and its physicochemical characteristics have been identified. No thermo-hydro-mechanical(THM) tests have been carried out yet. Considering that significant work has been performed over the world on other candidate bentonites，it seems to be of benefit to have an overview on the recent advances in order to better orientate the future research

收稿日期：2005–08–30；修回日期：2005–11–07

作者簡(jiǎn)介：崔玉軍(1962–)，男，博士，1993年于法國(guó)路橋大學(xué)獲博士學(xué)位，現(xiàn)任法國(guó)路橋大學(xué)巖土力學(xué)教育與研究中心教授、主任研究員，主要從事非飽和土力學(xué)方面的教學(xué)與研究工作。E-mail：cui@cermes.enpc.fr

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 ? 843 ?

work on GMZ bentonite. The main aim is therefore to provide some helpful experience and perspectives for the study on geological disposal of nuclear waste in China. Firstly，the disposal method is presented by using bentonite-based engineered barrier. It corresponds to the widely accepted concept，and no further research seems to be needed on this question. Secondly，the selection criteria of bentonite，its geochemical properties，thermo-hydro-mechanical behaviors including the relationship between microstructure and macroscopic behaviour，as well as the joint behaviour and numerical analysis，influence of gas generation during radioactive waste disposal on the engineered barrier are introduced. Different examples are given to illustrate either the experimental principle or the main results obtained. As mentioned above，only the issue on bentonite selection has been dealt with in China；and other issues should be studied with energy. Finally，some recent achievements are summarized and some perspectives are given.

Key words：high-level radioactive waste(HLW)；geological disposal；engineered barrier；bentonite

利于吸收圍巖水壓力和膨脹力；(5) 物理化學(xué)特性較穩(wěn)定，保證處置系統(tǒng)整體在高溫、化學(xué)梯度及水蒸汽等作用下的長(zhǎng)期安全。

自20世紀(jì)80年代末，世界上有關(guān)國(guó)家的核廢物管理中心相繼提出了使用不同的填充料。有的建議使用水泥，但大多數(shù)建議使用膨潤(rùn)土或膨潤(rùn)土和骨料的混合物。使用的骨料可以是粉碎的花崗巖，也可以是石英質(zhì)砂土。填加骨料的主要目的是為了提高工程屏障的熱傳遞特性和改善其力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)，并減少工程造價(jià)。

中國(guó)目前在膨潤(rùn)土緩沖材料的研究上已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。首先在礦床篩選方面作了大量的對(duì)比研究工作[5]，先后對(duì)廣西寧明礦床、新疆烏蘭林格礦床、內(nèi)蒙古高廟子礦床、江蘇句容甲山礦床、河北宜化堰家溝礦床、新疆托克遜柯?tīng)枆A礦床、安徽新潭礦床、湖北上熊礦床、山東涌泉莊礦床、浙江平山礦床、山西搶風(fēng)嶺礦床和廣西上思礦床進(jìn)行了儲(chǔ)量和化學(xué)特性的分析。內(nèi)蒙古高廟子礦床以其儲(chǔ)量大(127.31×106 t)、交通方便、礦床工作程度高、開(kāi)采技術(shù)條件好、無(wú)礦床充水問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是最佳礦床。劉月妙、溫志堅(jiān)等[6

～9]

1 引 言

四十多年來(lái)，高放射性廢物處置問(wèn)題一直是至關(guān)重要的環(huán)境課題，許多國(guó)家對(duì)此十分關(guān)注。早在1985年中國(guó)就已開(kāi)始在該領(lǐng)域進(jìn)行研究，但當(dāng)時(shí)并未深入開(kāi)展[1

，2]

。近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)

展，能源短缺逐漸成為中國(guó)所面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題，使得中國(guó)越來(lái)越重視核能的利用和發(fā)展。預(yù)計(jì)到2010年核能發(fā)電量將達(dá)到20 GW·h，到2020年為32～40 GW·h；同時(shí)也將產(chǎn)生大量的核廢物，到2010年為1 000 t，到2015年為2.0×103 t。估計(jì)核廢物產(chǎn)生的速度在2020年將達(dá)到每年1 000 t。因此，核廢物處置已經(jīng)成為有待急迫解決的課題，有必要針對(duì)上述問(wèn)題尋找適當(dāng)而合理的工程解決方案。

目前世界上廣泛認(rèn)可的高放核廢物地質(zhì)處置方法是深埋于穩(wěn)定的地層中(500～1 000 m)。通常采用的是多屏障方法，包括圍巖地質(zhì)屏障，基于膨潤(rùn)土工程屏障和廢物貯存容器屏障。對(duì)于工程屏障，R. Pusch(1979)[3]建議使用壓密鈉基膨潤(rùn)土，因其具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 滲透性低，可以減慢地下水滲流從而減緩核物質(zhì)的遷移；(2) 高陽(yáng)離子交換能力，可以通過(guò)陽(yáng)離子交換作用來(lái)吸附釋放出來(lái)的核素；(3) 熱傳導(dǎo)系數(shù)較大，可避免產(chǎn)生過(guò)大的熱力梯度；(4) 力學(xué)強(qiáng)度較高，可以支撐廢物容器的重量；(5) 較好的力學(xué)特性，以保證工程屏障的整體性，這些特性包括塑性指標(biāo)和膨脹指標(biāo)。

R. N. Yong等(1986)[4]又補(bǔ)充了以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 壓縮性高，利于加工、處理和運(yùn)輸；(2) 干燥條件下(在靠近廢物容器處)收縮性低，可避免工程屏障因出現(xiàn)裂縫而導(dǎo)致破壞；(3) 膨脹力適中，過(guò)高的膨脹力將引起處置系統(tǒng)的整體損壞；(4) 變形性適中，有

對(duì)高廟子膨潤(rùn)土

的物理化學(xué)特性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明其蒙脫石含量可高達(dá)80.9%，具有高陽(yáng)離子交換能力和膨脹能力。高壓固結(jié)儀的膨脹力試驗(yàn)結(jié)果表明，在干密度為1.46 g/cm3和含水量為23.99%的條件下，膨脹力可達(dá)4.75 MPa。此外，對(duì)該土的熱傳導(dǎo)系數(shù)進(jìn)行的測(cè)定結(jié)果表明，熱傳導(dǎo)系數(shù)與土的壓實(shí)壓力和含水量成正比。Chen Bao等(2006)[10]利用吸力控制技術(shù)對(duì)其持水特性進(jìn)行了測(cè)定。

目前對(duì)高廟子膨潤(rùn)土的熱–力–滲耦合特性的研究少見(jiàn)報(bào)道。本文對(duì)目前國(guó)際上在這方面的研究進(jìn)展作一簡(jiǎn)單介紹，以便對(duì)中國(guó)核廢物地質(zhì)處置的

? 844 ? 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2006年

科學(xué)研究提供一些可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。 影響，例如孔隙比、滲透系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)、膨脹力等。

從目前的研究狀況來(lái)看，由于試驗(yàn)周期較長(zhǎng)和試驗(yàn)控制困難，大部分工作與理論模型建立和數(shù)值分析有關(guān)，可以利用的試驗(yàn)數(shù)據(jù)卻很少。

2 膨潤(rùn)土礦的選擇

膨潤(rùn)土礦的選擇一般需經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟：(1) 膨潤(rùn)土礦藏勘探；(2) 對(duì)可利用的礦藏進(jìn)行儲(chǔ)量評(píng)估；(3) 對(duì)滿足儲(chǔ)量的礦藏(按西班牙國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)大于110 t)進(jìn)行取樣分析。

目前為國(guó)際社會(huì)廣泛接受的黏土特性與標(biāo)準(zhǔn)包括礦物純度、水的滯留特性、可塑性、低滲透性、較高的膨脹力和較好的導(dǎo)熱性。在膨潤(rùn)土初選過(guò)程中，主要分析指標(biāo)是黏粒含量(＜2 μm)、蒙脫石含量、離子交換能力、有機(jī)物質(zhì)含量、鈣質(zhì)含量和膨脹力等，其中蒙脫石含量常被作為選料的重要指標(biāo)，按西班牙國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)為70%～75%。表1給出了西班牙3種膨潤(rùn)土的各種指標(biāo)及其最低容許值[11]。

表1 3種西班牙膨潤(rùn)土的各種指標(biāo)值及最低容許值[11] Table 1 Characteristics and corresponding limited values

of three Spanish bentonites

參數(shù) 最低容許值 Cerro del Aguila Santa Barbara

[11]

4 熱–水–力耦合特性

對(duì)于熱–水–力耦合特性，需要考慮以下2個(gè)主要方面：(1) 土的膨脹特性，包括在各種吸力下膨脹壓力的大小和膨脹能力的高低，影響因素有：壓力、密實(shí)度、初始含水量、圍巖剛度等；(2) 溫度、吸力和應(yīng)力共同作用下土的彈塑性本構(gòu)關(guān)系。

目前大部分工作所涉及的是飽和土在100 ℃以下的特性，很少涉及到高于100 ℃和非飽和狀態(tài)的特性。造成這一狀況的主要原因，一是熱–水–力耦合現(xiàn)象很復(fù)雜，二是試驗(yàn)難度大，能用于數(shù)值分析的數(shù)據(jù)很少，有關(guān)試驗(yàn)包括：室內(nèi)基礎(chǔ)試驗(yàn)，室內(nèi)小模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，圖1給出了用于飽和壓實(shí)膨潤(rùn)土熱力學(xué)特性研究的高壓三軸儀[13

，14]

黏粒含 陽(yáng)離子交 有機(jī)物

鈣質(zhì)含膨脹力量(＜2 蒙脫石 換能力 質(zhì)含量

含量/% 量/%/MPa－

μm)/% /(meg·(100g)1) /% ＞80 93 85

＞60 82 –

＞60 77

＜0.2 0.07

＜6–

– 6 12

。此

儀器采用三臺(tái)GDS設(shè)備，一臺(tái)用于施加軸向壓力，一臺(tái)用于施加反壓力，一臺(tái)用于施加圍壓并同時(shí)量測(cè)體積變化，并用圍在三軸儀上的電阻線圈實(shí)現(xiàn)溫度控制。

49 0.37 0.1

Yuncos 88 81 73 0.09 5.04

同法國(guó)(黏土巖)、比利時(shí)(黏土)、瑞士(黏土)、德國(guó)(鹽巖)一樣，目前烏克蘭也初步?jīng)Q定采用無(wú)工程屏障的地質(zhì)處理辦法。在對(duì)黏土巖和鹽巖進(jìn)行評(píng)價(jià)的同時(shí)，也對(duì)該國(guó)的黏土分布及其特性進(jìn)行了評(píng)估分析，以評(píng)定其作為工程屏障的可能性。在黏土的礦藏選址上，除儲(chǔ)量之外，較重要的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括土的核素吸附能力和黏土礦物質(zhì)的熱穩(wěn)定性[12]。

目前國(guó)際上用于核廢物地質(zhì)處置的膨潤(rùn)土中較有代表性的是美國(guó)的MX–80黏土(主要鈉基)、法國(guó)的FoCa黏土(鈣基)和日本的Kunigel V1(鈉基)等。

圖1 高壓三軸室[13，14] Fig.1 High pressure triaxial cell[13，14]

3 地質(zhì)化學(xué)特性

概括地說(shuō)，地質(zhì)化學(xué)特性包括以下3個(gè)方面： (1) 膨潤(rùn)土與圍巖孔隙水的相互作用和膨潤(rùn)土與由混凝土退化產(chǎn)生的堿性物質(zhì)的相互反應(yīng)；(2)

圖2為室內(nèi)大型試驗(yàn)CIEMAT的原理示意圖[15]，將壓實(shí)塊狀膨潤(rùn)土襯砌在一金屬容器里，核廢物容器由2個(gè)電加熱器替代。試驗(yàn)時(shí)，在不同位置對(duì)濕度、相對(duì)濕度、含水量、位移等進(jìn)行連續(xù)跟蹤測(cè)量，所得數(shù)據(jù)既可幫助解釋一些復(fù)雜的物理化學(xué)現(xiàn)象，又可用來(lái)驗(yàn)證數(shù)值分析模型。

膨潤(rùn)土長(zhǎng)期的特性；(3) 地質(zhì)化學(xué)過(guò)程對(duì)各參數(shù)的

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 ? 845 ?

存在于膨潤(rùn)土與廢物容器之間，以及膨潤(rùn)土與圍巖之間，這些接觸面的存在對(duì)工程屏障的特性影響很大。圖4表示了用3個(gè)壓力傳感器驗(yàn)證接縫愈合特性的試驗(yàn)裝置[18]。鑲嵌傳導(dǎo)器的金屬板是可移動(dòng)的，以便測(cè)定不同的接縫厚度。隨著水的滲透，土的膨脹會(huì)使接縫慢慢愈合，而愈合后的強(qiáng)度與膨脹時(shí)間有關(guān)。試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)提高水壓力的方法來(lái)測(cè)定愈合后的強(qiáng)度。

圖2 CIEMAT的大型模型試驗(yàn)裝置圖[15] Fig.2 General layout of the mock-up experiment at

CIEMAT[15]

d

膨脹壓力i 3個(gè)總壓力傳感器

可移動(dòng)探頭

厚度為d的 膨脹空間 流出 S = 0

膨脹壓力i

不銹鋼分離器

d

圖3為西班牙花崗巖處置庫(kù)的縱斷面圖[16

，17]

，

該項(xiàng)是由ENRESA主持的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目(AGP)，并從1990年開(kāi)始進(jìn)行，周?chē)貙訛榛◢弾r、黏土和鹽巖。項(xiàng)目研究確定的高放廢物處置方法，是將廢物儲(chǔ)存罐置于在地層深部開(kāi)挖形成的處置庫(kù)支巷道的中央，周?chē)门驖?rùn)土密封。在飽和地層(黏土和花崗巖)中，密封材料為壓實(shí)膨潤(rùn)土，而用于水平巷道和洞室的回填材料為黏土和砂的混合物。儲(chǔ)存罐附近膨潤(rùn)土的干密度為1.65 g/cm3，厚度為0.75 m，溫度不超過(guò)100 ℃。

100 mm

圖4 接縫試驗(yàn)[18] Fig.4 Joint test[18]

對(duì)于數(shù)值分析，總的來(lái)說(shuō)需要考慮四個(gè)方面。第一是熱傳遞：熱傳導(dǎo)，由液相水引起的熱對(duì)流，由氣相水引起的熱對(duì)流，由氣體引起的對(duì)流和相的變化。第二是水的遷移，通常用Darcy定律來(lái)描述液相水的遷移，氣相水則用Fick定律來(lái)描述。第三是氣體流動(dòng)，通常氣相氣體用Darcy定律來(lái)描述，而溶解氣體的擴(kuò)散用Fick定律來(lái)描述。第四是土的本構(gòu)關(guān)系，即在應(yīng)力、吸力和溫度耦合作用下的土體特性。

數(shù)值分析得到的有代表性的結(jié)果[19]有： (1) 熱傳遞

最主要的傳遞機(jī)制是傳導(dǎo)，熱傳導(dǎo)系數(shù)的變化對(duì)熱傳遞的影響很大。工程屏障的水化速度通過(guò)影響熱傳導(dǎo)系數(shù)而影響屏障中的溫度變化，水化速度加快會(huì)降低土體中的溫度。

(2) 滲透特性

影響工程屏障飽和時(shí)間的主要因素是土體厚度及圍壓的滲透系數(shù)，通常由于圍巖滲透性很低，膨潤(rùn)土的滲透性對(duì)其飽和時(shí)間影響不大。根據(jù)水化條件不同，工程屏障飽和所需要時(shí)間從幾十年到幾百年不等。由于溫度變化引起的氣相水遷移會(huì)對(duì)膨潤(rùn)

圖3 西班牙花崗巖處置庫(kù)的縱斷面圖[16reference granite[16，17]

，17]

Fig.3 Longitudinal section of a disposal drift for the Spanish

在熱–水–力耦合特性研究過(guò)程中，觀察土的微觀結(jié)構(gòu)是很重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)檫@將有助于解釋所觀察到的宏觀力學(xué)效應(yīng)、吸力效應(yīng)、溫度效應(yīng)甚至?xí)r間效應(yīng)，通常用的方法是壓汞儀法、電子顯微鏡觀察等。

由于工程屏障是由膨潤(rùn)土壓塊襯砌而成，塊與塊之間不免存在一定的空隙，同樣的空隙接觸面也

? 846 ? 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2006年

土的飽和過(guò)程產(chǎn)生很大的影響。由于在貯存容器周?chē)臏囟容^高，土體失水引起水往外圍遷移�？傊瑲庀嗨倪w移會(huì)加快外圍土的飽和過(guò)程。高溫條件下氣相水壓力會(huì)達(dá)到一個(gè)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(gè)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(gè)，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(duì)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(gè)應(yīng)力值會(huì)隨之降低。應(yīng)力在土體中的分布相對(duì)較均勻，尤其是徑向應(yīng)力。圍巖與土體接觸面的移動(dòng)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(huì)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(rùn)土的膨脹只影響到小范圍內(nèi)的鄰近區(qū)域。

膨潤(rùn)土-砂

膨潤(rùn)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(kāi)挖形成。這些密封材料形成了工程屏障系統(tǒng)，主要為膨潤(rùn)土和砂的混合物。與核廢物處置庫(kù)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(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)判整個(gè)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(lái)自于以下幾個(gè)方面：(1) 在低氧或無(wú)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(duì)目前工程屏障特性研究的進(jìn)展?fàn)顩r作了一些簡(jiǎn)單介紹，可總結(jié)歸納出以下幾點(diǎn)：

(1) 用膨潤(rùn)土或膨潤(rùn)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(rùn)土的選擇主要取決于其蒙脫石的含量和膨潤(rùn)土的儲(chǔ)量。

(3) 對(duì)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(duì)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(duì)于高于100 ℃和非飽和狀態(tài)了解甚少。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)的數(shù)值分析方法可用來(lái)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(duì)整個(gè)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(duì)其引起重視。

(5) 對(duì)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(duì)整個(gè)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(chǎng)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(duì)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(wèn)題是試驗(yàn)數(shù)據(jù)貧乏。

氣體的產(chǎn)生對(duì)整個(gè)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(huì)加快水的遷移及核素的移動(dòng)；過(guò)多的輻射氣體、有毒氣體和易燃?xì)怏w會(huì)對(duì)整個(gè)生物圈造成不良影響。由于問(wèn)題的重要性和復(fù)雜性，一般需要對(duì)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(chǎng)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(kù)周邊水和氣的流動(dòng)。試驗(yàn)在花崗巖地層中一個(gè)被各種密封材料包裹的混凝土貯存

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