高放废物处置库花岗岩热-力耦合模拟研究

根据典型高放废物处置库概念模型,应用FLAC3D有限差分程序模拟计算了数百年内热-力耦合(TM)条件下高放废物地质处置库围岩的温度场、应力场和变形场的变化特征,初步得到在一定废物罐热源强度及衰变函数条件下花岗岩体的热力学特征及处置巷道工程设计的合理间距.模拟结果表明:在-500 m水平建造处置库,按设定的释热强度,处置坑合理间距为8～12 m,废物罐表面温度为130 ℃,处置坑中线岩体最高温度为40 ℃,并保持数百年左右.     

缓冲材料热-水-力耦合模型试验研究

高放废物深地质处置采用多重屏障设计体系,缓冲材料是位于废物罐和围岩之间的一道重要的人工屏障。在放射性衰变热、地下水入侵和围岩应力等作用下,缓冲材料经历复杂的热-水-力耦合过程,评价其长期性能对高放废物地质处置库的稳定运行至关重要。缓冲材料模型试验是研究膨润土在多场耦合环境下性能变化的重要途径。中型实验台架是大型实验台架(China-Mock-up)的重要补充,用来模拟与大型实验台架边界相同的环境下,即热量和水分别从缓冲材料的不同侧向另一侧传递和渗透的条件下膨润土的行为特征。通过实时监测缓冲材料在长期加热和加水条件下的温度、相对湿度、力学等特征参数,揭示了在热-水-力耦合条件下缓冲材料的性能变化规律,同时对台架进行了拆解,对拆解样品的含水量、干密度和微观结构等进行了分析测试,研究结果可为高放废物处置库缓冲材料的工程设计提供参数支持。     

高放废物处置库花岗岩热–力耦合模拟研究

 根据典型高放废物处置库概念模型,应用FLAC3D有限差分程序模拟计算了数百年内热–力耦合(TM)条件下高放废物地质处置库围岩的温度场、应力场和变形场的变化特征,初步得到在一定废物罐热源强度及衰变函数条件下花岗岩体的热力学特征及处置巷道工程设计的合理间距。模拟结果表明：在－500 m水平建造处置库,按设定的释热强度,处置坑合理间距为8～12 m,废物罐表面温度为130 ℃,处置坑中线岩体最高温度为40 ℃,并保持数百年左右。     

DECOVALEX_IV TASK_D项目的热-水-力耦合过程的数值模拟

核废料地下处置系统研究的国际合作项目DECOVALEX(development of coupled models and their validation against experiments) 致力于高放射性核废料地质处置系统围岩中多个物理场的耦合过程研究和工程屏障的可行性评估.中国研究小组第一次参加DECOVALEX计划.介绍了其子课题Task_D的情况和阶段性研究结果,包括2种处置方式--瑞士FEBEX和美国Yucca Mountain类型的1×104 a以上的预测模拟及其比较分析.建立一套复杂的非饱和多孔介质中热液力(THM)耦合过程的非等温流动和形变控制方程,涉及到固、液、气三相和四种组分(固体骨架,水,干空气和水蒸汽).其表现为相对独立同时又相互交叠的4类模型(1) 考虑有效应力、热膨胀应力和膨润土的水膨胀应力变形模型;(2) 考虑水与蒸汽在蒸发凝结时物质交换的流动模型;(3) 包含蒸汽/干空气相对运动的蒸汽分子扩散和对流模型;(4) 三相局部非等温过程的热交换模型.在此基础上根据Task_D的设定要求简化为较为实用的方程,并发展了相应的程序对1×106 a THM耦合行为进行了预测模拟,其结果在2005年2月Task_D讨论会和DECOVALEX工作会议与多个国家相互独立的研究结果进行对比,吻合程度很高,这给模型的建立和程序发展都带来了信心.     

高放废物工程屏障的热-水-力耦合作用分析

采用多相多类方法，提出热-水-力耦合作用分析的综合模型，分析考虑多孔介质的三相（固，液，气）和三类（矿物，水分，空气）模型，该模型是根据控制方程，本构关系和平衡条件来建立的，并提出用于模拟高放废物地下处置体系和附近场地性状的热-水-力耦合分析通过程序。热-水-力耦合分析可将工程屏障中不同过程间发生的主要相互作用，以及附近岩石的散热和水化现象都考虑进去，通过试验结果的验证，得出一些关于热-水-力方面的重要结论。     

OPHELIE回填混合物的热-水-力耦合特征

在以比利时高放废物处置参考设计方案的OPHELIE地面大型试验的框架为背景下，进行了一套完整的固结试验项目以获取回填材料的热-水-力反应特征。缓冲材料是预先经高压压实的土块，其主要成分为60%的FoCa泥岩，35%的砂以及5%的石墨（干燥重量），除了对温度和吸力控制设备的简要描述之外，还将阐述有代表性的试验结果，包括持水特性，不同应力，不同吸力，不同温度下的压缩性，膨胀性能，以及在吸湿，吸热条件下的塌陷现象。     

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。     

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。     

我国高放废物地质处置库缓冲材料饱和密度影响因素分析

高放废物地质处置通过天然屏障(围岩)与工程屏障组成的多重屏障系统实现对废物的长期包容和隔离。以富含蒙脱石的膨润土为基本组分的缓冲材料构成了工程的一道重要屏障,要求其具有良好的导热性,较低的渗透性、稳定的化学性质、良好的机械性能、较强的吸附核素能力等,要求在处置环境下能长期保持一定的饱和密度。处置库中处置孔、砌块和容器的尺寸、砌块和小球的密度和含水量对缓冲材料的饱和密度具有显著的影响。基于我国内蒙古高庙子膨润土的性质,结合我国高放废物地质处置概念设计和对缓冲材料的设计要求,开展对缓冲材料饱和密度影响因素的分析,为我国高放废物地质处置库缓冲材料的设计提供借鉴。     

高放废物地质处置缓冲回填材料研究进展综述

随着核能的发展,不可避免要产生大量高放射性废物。对于高放废物的处置国际上普遍接受的方法是深部地质处置。膨润土及其含砂混合料以其优异的性能被认为是高放废物地质处置库中理想的缓冲/回填材料。该文从仪器设备的研制、本构模型、膨胀特性、模型实验及原位试验、热-力-水耦合过程的理论研究及其数值模拟等方面简要总结了膨润土及其含砂混合料作为缓冲/回填材料的一些国际研究进展。作者期待国家相关部门能加大经费投入和支持力度,推动我国这一领域的研究走向全面和深入,为核能事业的发展保驾护航。     

高放废物工程屏障的热–水–力耦合作用分析

采用多相多类方法，提出热–水–力耦合作用分析的综合模型。分析考虑多孔介质的三相(固、液、气)和三类(矿物、水分、空气)模型，该模型是根据控制方程、本构关系和平衡条件来建立的；并提出用于模拟高放废物地下处置体系附近场地性状的热–水–力耦合分析通用程序。热–水–力耦合分析可将工程屏障中不同过程间发生的主要相互作用，以及附近岩石的散热和水化现象都考虑进去。通过试验结果的验证，得出一些关于热–水–力方面的重要结论。     

我国高放废物地质处置库缓冲材料的设计要求

基于我国高放废物处置概念,结合甘肃北山地质环境条件,针对高放玻璃固化体废物,以内蒙古高庙子膨润土为缓冲材料,提出缓冲材料工程设计参数指标,可为我国高放废物地质处置缓冲材料相关研究提供技术参考。     

DECOVALEX_IV TASK_D项目的热–水–力耦合过程的数值模拟

核废料地下处置系统研究的国际合作项目DECOVALEX(development of coupled models and their validation against experiments) 致力于高放射性核废料地质处置系统围岩中多个物理场的耦合过程研究和工程屏障的可行性评估。中国研究小组第一次参加DECOVALEX计划。介绍了其子课题Task_D的情况和阶段性研究结果，包括2种处置方式——瑞士FEBEX和美国Yucca Mountain类型的1×104 a以上的预测模拟及其比较分析。建立一套复杂的非饱和多孔介质中热液力(THM)耦合过程的非等温流动和形变控制方程，涉及到固、液、气三相和四种组分(固体骨架，水，干空气和水蒸汽)。其表现为相对独立同时又相互交叠的4类模型：(1) 考虑有效应力、热膨胀应力和膨润土的水膨胀应力变形模型；(2) 考虑水与蒸汽在蒸发凝结时物质交换的流动模型；(3) 包含蒸汽/干空气相对运动的蒸汽分子扩散和对流模型；(4) 三相局部非等温过程的热交换模型。在此基础上根据Task_D的设定要求简化为较为实用的方程，并发展了相应的程序对1×106 a THM耦合行为进行了预测模拟，其结果在2005年2月Task_D讨论会和DECOVALEX工作会议与多个国家相互独立的研究结果进行对比，吻合程度很高，这给模型的建立和程序发展都带来了信心。     

OPHELIE回填混合物的热–水–力耦合特征

在以比利时高放废物处置参考设计方案的OPHELIE地面大型试验的框架为背景下，进行了一套完整的固结试验项目以获取回填材料的热–水–力反应特征。缓冲材料是预先经高压压实的土块，其主要成分为60%的FoCa泥岩，35%的砂以及5%的石墨(干燥重量)。除了对温度和吸力控制设备的简要描述之外，还将阐述有代表性的试验结果，包括持水特性、不同应力、不同吸力、不同温度下的压缩性、膨胀性能，以及在吸湿、吸热条件下的塌陷现象。     

高放废物地质处置库中缓冲回填材料的收缩特征

缓冲回填材料的收缩特征对高放废物处置库的安全性和稳定性有重要影响。以COx泥岩缓冲回填材料为研究对象,采用不同的试验方法分别研究了饱和的压实试样和糊状试样在干燥过程中的体积收缩变形特征。试验结果表明：压实试样的体积收缩变形特征受初始干密度的影响比较明显,缩限、收缩系数和收缩应变均随初始干密度的增加而减小;压实试样的体积收缩存在明显的各向异性,在低压实度条件下,径向收缩大于轴向收缩,收缩几何因子大于3,在高密度条件下,轴向收缩大于径向收缩,收缩几何因子小于3;糊状试样的体积收缩过程可分为正常收缩、残余收缩和零收缩3个阶段,且绝大部分体积收缩变形发生在试样变为非饱和之前;相对于其他收缩模型,G&C模型对COx糊状试样收缩曲线的拟合精度最高。     

中国高放废物处置库缓冲材料物理性能

深地质处置被国际上公认为处置高放废物的最有效可行的方法。中国深地质处置的概念模型采用多重工程屏障系统（包括废物固化体、废物容器、外包装、缓冲／回填材料）和适宜的地质围岩地质体共同作川来确保高放废物与生物圈的安全隔离。膨润上由于具有极低的渗透性和优良的核素吸附等性能向被国际上选作缓冲材料的基础材料。经过全国筛选，高庙子膨润土矿床被选作我国缓冲材料供应基地。从2000年起，对产自该矿床的钠基膨润土GMZ-1开始了系统的研究工作。介绍了GMZ-1的矿物组成、基本特征和GMZ-1在不同干密度、不同含水量条件下的热传导、水传导、力学性能参数及GMZ-1在不同干密度条件下的膨胀特性参数测定结果。GMZ-1钠基膨润土具有蒙脱石含量高（75％左右）、杂质矿物相对较少的特点，对于该材料的系统和深入研究对于开发我国缓冲回填材料技术，确保高放废物的安全有效处置有重要意义。     

我国高放废物地质处置屏障系统的温度场分析

高放废物深地质处置是通过天然屏障和工程屏障(包括废物体容器、处置容器和缓冲材料)实现对放射性废物的有效包容和隔离。基于花岗岩处置场址,以高庙子膨润土为缓冲材料,应用FLAC 3D软件开展我国大时间尺度下处置库屏障系统的热学分析,研究放射性废物在衰变释热条件下,处置环境的温度场随时间的演化规律,分析不同导热系数的缓冲材料对处置环境的温度场的影响。     

核废料处置库近场热-水-力耦合性状

采用高放射性核废料处置库模型试验,以核废料处置库近场的膨润土及岩石为研究对象,建立轴对称模型,选用适当的热、水、力本构方程,运用有限元软件code-bright对核废料处置库关闭后处置库近场的温度场、渗流场、应力场进行考虑TH, HM, TM部分耦合与THM完全耦合的数值模拟分析。得到处置库关闭后近场膨润土及岩石内温度、液体饱和度、应力的变化规律及不同耦合对这些性状影响的敏感度。结果可为核废料处置库的规划、设计以及数值分析时耦合类型的选择提供参考。     

我国高放废物地质处置巷道中回填材料的设计要求

回填材料作为高放废物处置库工程屏障的重要组成部分,其工程设计与处置库的长期安全息息相关。在重点调研地质处置技术先进国家瑞典的回填材料工程设计要求,包括材料成分、回填材料砌块和小球的性质(含水量、几何形状和尺寸、密度)以及安装布置方案的基础上,基于我国高放废物地质处置概念,以高庙子膨润土-石英砂混合料为回填材料,提出我国回填材料砌块的设计要求,包括几何形状和尺寸、干密度,为我国高放废物地质处置回填材料相关试验研究提供参考。     

基于水-热-力耦合分析的钢混梁徐变数值模拟研究

文中基于多物理场、多尺度耦合分析平台DUCOM-COM3,研究了湿度、温度、顶部纵筋配筋率、混凝土水灰比四种因素对钢混梁徐变挠度发展的影响.结果 表明标准环境下模拟结果与试验结果吻合,且模拟结果展现出的各种因素对钢混梁徐变的影响符合徐变机理解释.进而,基于大量工况模拟结果,回归建立了多因素钢混梁徐变预测模型,并通过耦合...