甘肃北山预选区新场地段花岗岩类岩石特征研究

 我国高放废物地质处置库北山预选区,处置库候选围岩为花岗岩。新场地段是北山预选区中的一个有利地段,其围岩为花岗岩类岩石,主要包括二长花岗岩和花岗闪长岩,少量为石英闪长岩等。岩石中广泛产出角闪石、磁铁矿、榍石等多见于同熔型、I–型花岗岩类中的特征矿物;少部分花岗闪长岩中出现白云母、石榴子石等上地壳特征矿物。花岗岩类的常量化学成分,属高钾钙碱性系列花岗岩类,具同熔型或I–型花岗岩的特征。     

高放废物地质处置野马泉预选场地 地下水同位素分析

 野马泉地区是我国高放废物处置库的重要预选区之一,大面积分布的花岗岩是良好的处置库围岩。为认识研究区的水文地质条件,从水文地质角度评价其作为高放废物处置库场地的适宜性,开展同位素水文地质调查工作。野外调查和氢、氧稳定同位素分析结果表明,研究区浅部和深部地下水均源自大气降水补给,浅部地下水主要由现代和区内降水补给形成,而深部地下水则可能由区域降水补给形成。此外,地下水的氚含量数据表明,浅部地下水系统相对开启,水循环交替能力较强。      

甘肃北山旧井地段高放废物处置库深度初步探讨

 在对高放废物地下深地质处置库深度确定基本要求的概述基础上,结合甘肃北山旧井地段的地质特征、水文地质特征、岩石力学特征、地应力场特征等方面的情况,分析初始地应力场和二次开挖地应力,对开挖稳定性和发生岩爆的可能性进行计算和预测。研究结果表明,研究区岩体较完整,深度大于400 m时地下水补给匮乏且为还原环境,岩石单轴抗压强度较高,总体质量较好;深度小于700 m地应力为一般应力场,二次开挖稳定性分析和岩爆分析结果表明在此范围内岩爆发生的可能性不大,依据处置库深度确定的基本要求,初步认为旧井地段处置库的设计深度和地下工程布局应在400～700 m范围内进行。     

北山预选区新场地段岩体节理几何特征及评价

 准确分析和评价BS17,BS18和BS19钻孔周边岩体节理几何特征,是我国高放废物处置北山预选区新场地段场址筛选及适宜性评价的重点内容和关键步骤之一。通过现场调查、数理统计和概率分析等方法,对该地区的岩体节理几何特性进行研究,结果表明：(1) 各钻孔均发育4个节理优势组,尤以NE向和NW向最发育;(2) 节理倾角以陡倾角的剪节理为主,节理产状服从正态分布函数,节理间距可用负指数函数进行有效拟合;(3) 节理平均间距宽,迹长长,中点面密度小。基于岩体节理在高放废物处置库工程安全运行中的重要性。采用 法对岩体节理发育特征进行综合评价,发现新场地段3个钻孔周围岩体节理发育程度轻微、区域差异性小、岩体完整性好,断层对其两侧岩体的节理发育有促进作用,研究结果可为北山预选区处置库场址筛选和场址适宜性评价提供必要的数据支持。     

高放废物地质处置中的地质、水文 地质、地球化学关键科学问题

 深地质处置是目前国际上普遍接受的高放废物最终处置方案。该方案对处置库采用人工屏障和天然屏障的“多重屏障系统”概念设计。天然屏障是处置库长期安全至关重要的保证。如何选择可靠的天然屏障,主要靠地质、水文地质、地球化学等工作来完成。通过对国内外高放废物地质处置研究的回顾,阐述高放废物地质处置研究中与地质、水文地质、地球化学相关的关键科学问题,重点介绍预选场地地质、水文地质、地球化学研究的主要内容、主要方法和手段,讨论目前国际上关注的关键水文地质、地球化学问题,如水文地质、水文地球化学模拟、核素在天然介质中迁移、地下水–废物–岩石相互作用、岩体地球化学封闭性等。     

中国高放废物深地质处置

介绍了中国高放废物地质处置计划的背景、初步技术战略和长远规划。中国的高放废物地质处置研究始于1985年，计划于21世纪中叶建成国家高放废物处置库。位于我国西北片肃省的北山地区被选为最有远景的处置库预选区。1999-2004期问，在该区开展了初步的场址特性评价研究，包括地表地质、水文地质和地球物理调查、4口钻孔（北山1#，2#，3#及矿孔）的施丁及钻孔现场试验，并获得了大量成果。在缓冲回填材料、放射性核素迁移以及天然类比等方面也取得了进展。     

我国高放废物地质处置概念研究

在对国外核废处理先进国家的高放废物地质处置工艺技术深入研究的基础上,介绍了我国高放废物地质处置概念设想。结合我国未来处置库场址条件和高放废物源项特征,分别对花岗岩和黏土岩地层提出了竖直孔处置、小断面水平巷道处置和巷道处置的建议方案,为我国高放废物的地质处置提供参考。     

高放废物地下实验室北山预选区岩爆风险预测

结合世界各国经验以及当前国情,我国提出建立埋深500 m左右的地下实验室,用以开展高放废物地质处置前期的相关研究。根据北山预选区三个场址的地应力实测数据,分析发现在埋深600 m范围内地应力处于中等偏低的水平,但局部的应力集中增大了岩爆发生的可能,故开展场址的岩爆风险研究。综合北山岩体力学特性,选取隧道轴线与最大水平主应力方向垂直和平行两种情况,应用工程岩体分级标准判别法、Russense判别法和Turchaninov判别法分别对三个场址400~600 m埋深范围内的岩爆风险进行预测。结果表明:旧井和芨芨槽处隧道开挖均存在不同程度的岩爆风险,而新场处几乎无岩爆发生。从岩爆风险的角度来看,以新场作为地下实验室的场址最为安全。     

塔里木盆地与北山地区高放废物处置地质环境安全性对比分析

参照地震发生频率、地块稳定特性等地质环境因素,结合水中的同位素及水化学特征分析,对塔里木盆地东部地区的核试验场地与北山地区作为高放废物处置场的预选址的安全性与合理性加以对比论述。研究结果显示,北山地区30 km以下的下地壳中存在着高导低速层,附近地区历史上曾发生过多次大地震,是一个相对不稳定地块。北山的地下水经分析并非是最初认定的“古水”,也不是来自当地降水,而是祁连山的降水通过深大断裂带补给的,北山附近的花海地区自流井的流量就达到了106 m3/a。北山地区的深层地下水为淡水,径流速度较快,下游为生态与环境的重点保护区额济纳盆地,因此会不利于将其作为高放废物处置场的选址。相比较而言,塔里木盆地东部地区历史上从未发生过较大的地震,地壳层中不存在高导低速层,同位素数据显示其地下水主要来自当地的降雨和河流的入渗补给,地下水中总溶解固体随着深度的增加而增加,地下水的循环周期较长,地下径流的最终排泄区是罗布泊荒漠戈壁地区,而且塔里木盆地东部军事禁区存在面积超过3 000 km2的花岗岩。因此在已经受到污染的核试验地区修建永久性处置高放废物要比北山地区更为安全,即使未来发生最不利的污染等事件也可以将对环境与生态的破坏降到最低。     

高放废物处置北山预选区深部完整岩石基本物理力学性能及时温效应

岩石物理力学性能研究是高放废物处置库选址、设计、建造和性能评价中不可或缺的一个重要研究方面.经过全国筛选对比,已初步确定甘肃北山地区为我国高放废物处置库重点预选区.甘肃北山地区深部的主要岩石为似斑状二长花岗岩和英云闪长岩,似斑状二长花岗岩均匀性好,两种主岩均具有高密度、低孔隙率、高力学强度、低变形和高脆性的特性.通过一系列室内蠕变试验,研究在不同温度(室温,50℃,90℃)与围压(单轴,10MPa,30 MPa)条件下,北山花岗岩在不同恒定应力水平下的变形特征与声发射特性,温度和围压对岩石力学性能有着重要的影响.随着温度的升高,围压为10和30 MPa时的弹性模量逐渐升高,至70℃左右时达到最高,之后随温度的升高略微降低;裂纹损伤应力呈线性显著降低,而泊松比呈线性明显升高.稳态蠕变阶段的应变速率随着温度的升高而明显加速,在同一应力比下到达破坏的时间相应降低.随着恒载应力的降低,似斑状二长花岗岩达到破坏的时间显著增长.随着围压的增加,轴向蠕变变形量明显增加;在相同的应力比下,导致岩石断裂破坏的时间显著延长.     

高放核废物地质处置中工程屏障研究新进展

中国对该课题的研究始于1985年，但是长期以来未能引起足够的关注，相关研究项目也非常有限。近年来，随着中国经济的快速增长，能源短缺问题越来越严重，发展和利用核能己作为一种主要的解决方案，因此核废物的安全处置则成为现实的重要课题。中国在利用膨润土作为工程隔绝材料方面的研究工作，主要限于选择合适的膨润土，而高庙子膨润士作为最终选择的缓冲材料，其基本物理-化学特性已得到确定，但有关热-水-力耦合的试验尚未开展，相关课题的研究也尚需努力。鉴于国际上已对多种其他备选膨润土进行过大量研究，有关成果可望用于指导即将在中国进行的高庙子膨润土试验研究。此文的主要目的就是为中国核废物的地质处置研究提供一些有益的经验。首先，介绍使用基于膨润土的工程隔绝核废物地质处置方法，这一方法已为广泛接受；然后，介绍膨润土的选择标准，地质-化学特性、热-水-力性态（包括微观结构、宏观性态、接缝性态和数值分析），以及在放射性废物处置过程中产生的气体对工程隔绝层的影响等，通过不同实例来展示试验原理和主要结果；最后，对近期国内外研究成果和未来发展前景进行总结。     

高放废物处置库的工程设计

 高放废物处置库是一项特殊的岩石地下工程。与一般地下岩石工程相比,处置库具有许多特点,相应的处置库的设计也有别于一般地下岩石工程。总结高放处置库的若干特点,简要介绍瑞典D1阶段处置库地下岩石工程设计的主要内容,设计过程与设计时考虑的因素,初步讨论处置库的功能目标与设计年限、概念设计、总体要求、温度限制、不同围岩中处置库的主要问题、可回取的处置库设计及处置库的建设成本等问题。     

法国ANDRA放射性废物地质处置可行性研究综述

介绍15a来法国国家放射性废物管理局（ANDRA）为研究地下处置放射性废物而开展的主要研究成果，实验室试验、现场试验和数值模拟结果均表明：ANDRA所研究的在法国东部埋深500m、厚达130m的泥岩岩层具备永久处置核废料的地质条件，从地质和学角度上介绍该泥岩岩层一些主要特征，并对ANDRA提出的地质处置总体设计方案和不同类型废物处置单元进行系统论述。     

高放废物地质处置及其若干关键科学问题

如何安全处置高水平放射性废物是科学、技术和工程界所面临的挑战性问题。在介绍国内外最新研究进展的基础上，重点讨论高放废物地质处置的若干关键科学问题：处置库场址地质演化的精确预测、深部地质环境特征、多场耦合条件下（中（高）温、地壳应力、水力作用、化学作用、生物作用和辐射作用等）深部岩体、地下水和工程材料的行为、低浓度超铀放射性核素的地球化学行为与随地下水迁移行为及处置系统的安全评价。同时，介绍了国外若干重大科研项目和若干研究热点问题。     

高放废物处置库缓冲材料导热性能研究

 缓冲材料是高放废物深地质处置库中的重要工程屏障,其导热性能参数是高放废物处置系统设计的关键参数之一。利用ISOMET导热仪,研究内蒙古高庙子天然钠基膨润土GMZ01与石英砂和石墨混合材料GMZM不同压实密度和不同含水量样品的导热性能。结果表明,GMZM的导热系数、热容量和热扩散系数随压实密度的增大而显著增大,随着含水量的增大而增大;与GMZ01的导热性能相比,随着压实密度的增大,石英砂和石墨作为添加剂可以明显提高缓冲材料的导热性能和热扩散性能,但对比热没有显著影响。压实干密度大于1.8 g/cm3后,GMZM的导热系数和热扩散系数比GMZ01的导热系数和热扩散系数均提高20%以上。缓冲材料的导热性能与其含水量、干密度、矿物组成和微结构等有关,导热系数随着含水量和干密度的增大而增大,但是导热系数与含水量和压实干密度不具有一致的线性关系。当GMZ01的饱和度大于20%时,不同压实干密度样品的导热系数、比热、热容量、热扩散系数均与饱和度具有线性关系。     

高放废物处置中的THM耦合理论及分析

 高放废物处置研究是非常重要和必要的，其处置形式的选择是处置安全的重要因素之一，相应处置结构的物理力学特性研究是决定高放废物处置形式的重要依据。在介绍高放废物处置形式的基础上，提出高放废物处置的相关研究课题，紧接着阐述高放废物处置中THM耦合理论，膨润土的土水特征曲线不仅相关于外部施加应力、蒸汽压力、水压力，而且也相关于温度；在考虑气体在压力作用下的传播、气体在水中的溶解和气体的凝固等影响下，建立气体和液体中的水量守恒方程；在考虑敏感热流和潜热流影响下，建立能量守恒方程；将所有的方程写成有限元和有限差分计算格式；最后编制一维计算程序。计算结果对在花岗岩体中决定高放废物储存洞室之间间距具有借鉴作用。