發(fā)布時(shí)間：2020-06-12 14:46

【摘要】：膨潤(rùn)土砌塊作為緩沖材料被放置于高放廢物罐周圍以阻擋核素的遷移,受處置庫(kù)圍巖滲流水壓和核廢物持續(xù)升溫的影響,緩沖材料內(nèi)存在復(fù)雜的熱—水—力三場(chǎng)耦合作用,其中砌塊接縫的存在對(duì)此三場(chǎng)耦合影響不可忽視。本文基于多相流傳輸熱—水—力三場(chǎng)耦合理論,采用有限元數(shù)值分析方法,研究了不同接縫形式存在條件下緩沖材料內(nèi)的熱—水—力耦合作用。本文的主要工作和研究結(jié)果如下:(1)基于多相流傳輸熱—水—力耦合理論,將緩沖材料三場(chǎng)耦合求解方程引入到多物理場(chǎng)耦合模擬軟件COMSOL Mu1ti-physics,利用該軟件在多物理場(chǎng)仿真方面的優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)了三場(chǎng)耦合方程組的數(shù)值求解。(2)利用現(xiàn)有高廟子膨潤(rùn)土的相關(guān)參數(shù),模擬了目前國(guó)內(nèi)正在運(yùn)行的高放廢物地質(zhì)處置大型緩沖材料熱-水-力耦合試驗(yàn)臺(tái)架(China-Mock-Up)試驗(yàn),得到了滲流、溫度和應(yīng)力場(chǎng)的相互作用及蒸氣壓、孔隙率等的變化規(guī)律,經(jīng)過與已有數(shù)值模擬結(jié)果的對(duì)比,說明了本文數(shù)值模擬方法的可行性。(3)針對(duì)砌塊之間填充膨潤(rùn)土碎塊與砌塊的性質(zhì)差異,考慮砌塊接縫區(qū)域受擠壓導(dǎo)致的滲透系數(shù)變化,提出了一種針對(duì)于接縫處的數(shù)值計(jì)算方法。(4)針對(duì)砌塊環(huán)向接縫,分析了接縫介質(zhì)干密度和接縫寬度的變化對(duì)整個(gè)緩沖材料內(nèi)熱—水—力耦合作用的影響;結(jié)果表明環(huán)向接縫的存在不僅延緩了整個(gè)介質(zhì)吸力值的下降和飽和度的上升,而且大幅度增加了水平位移值;此外,接縫寬度和充填介質(zhì)的性質(zhì)對(duì)緩沖區(qū)內(nèi)的吸力、飽和度和水平位移有顯著影響,但對(duì)溫度分布的影響不明顯。(5)針對(duì)砌塊徑向接縫,分析了接縫介質(zhì)干密度和接縫寬度的變化對(duì)整個(gè)緩沖材料內(nèi)熱—水—力耦合作用的影響;結(jié)果表明徑向接縫的存在加快了介質(zhì)內(nèi)吸力的下降以及飽和度和溫度的上升,同時(shí)還產(chǎn)生了豎向?qū)σ?此外,接縫寬度和充填的介質(zhì)對(duì)緩沖區(qū)的吸力、飽和度、溫度和豎向位移都有影響。(6)為了更真實(shí)的模擬實(shí)際緩沖材料的熱—水—力耦合作用,建立了砌塊內(nèi)存在環(huán)向和徑向接縫組合的計(jì)算模型,分析了緩沖材料內(nèi)不同物理場(chǎng)中變量的時(shí)空變化規(guī)律。本文研究成果對(duì)分析高放廢物處置庫(kù)廢物罐周圍緩沖材料組合砌塊的阻滯核素遷移的能力有重要的指導(dǎo)意義。
【圖文】：

１．３．２熱一水一力耦合理論及數(shù)值模擬方法逡逑（１）熱一水一力耦合理論研宄逡逑針對(duì)熱一水一力耦合（簡(jiǎn)稱ＴＨＭ耦合），早期專家學(xué)者主要集中在可反映其逡逑耦合過程的理論模型方面，即如何建立滲流場(chǎng)一溫度場(chǎng)一應(yīng)力場(chǎng)三場(chǎng)耦合數(shù)學(xué)模逡逑型以及檢驗(yàn)該數(shù)學(xué)模型的求解方法的有效性。逡逑武文華［１５］首次在國(guó)內(nèi)提出了非飽和土邋ＴＨＭ耦合模型。通過考慮溫度的變化使逡逑土體產(chǎn)生彈塑性變形，同時(shí)影響屈服面的形狀，武文華建立了考慮溫度效應(yīng)的非逡逑飽和土廣義ＣＡＰ模型的多重屈服面公式，，從而推導(dǎo)出非飽和土的熱一水一力的耦逡逑合本構(gòu)模型，并在比利時(shí)列日大學(xué)的工程計(jì)算軟件ＬＡＧＡＣＯＭ的平臺(tái)上對(duì)提出逡逑的本構(gòu)模型加以程序?qū)崿F(xiàn)和數(shù)值模擬。逡逑白冰［１５］提出了多孔飽和介質(zhì)ＴＨＭ理論方程，并明確給出耦合系數(shù)的定義。基逡逑于等壓條件下的熱一力耦合彈塑性理論和等溫條件下的Ｂ１0ｔ固結(jié)理論，白冰給出逡逑了耦合系數(shù)的具體表達(dá)式，并明確其物理意義，然后分別控制溫度的變化和壓力逡逑的變化，通過合理的假設(shè)，一定程度簡(jiǎn)化耦合系數(shù)。逡逑

縫形式存在條件下緩沖材料的熱一水一力耦合作用過程，并變化接縫介質(zhì)的干密逡逑度和接縫寬度，探宄其對(duì)整個(gè)熱一水一力耦合過程的影響，研宄主要遵循的技術(shù)逡逑路線如圖１．４所示。逡逑１３逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TL942.1;TU522.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2709683