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摘要: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。
摘要:在KBS-3核废料储存库的早期及非恒温演变期,热梯度变化能改变膨润士缓冲层的矿物特性,且由于矿物质沉淀作用,黏土颗粒将相互胶结起来。据此,使用己发表的有关结晶岩石中缓冲黏土的水-热转换的试验结果,研究并评估一种缓冲胶结的反应-传递模型。模型的预测值能够定性地与高温下缓冲区的观测试验值相吻合,表明次生矿物的沉淀(无水石膏±无定形二氧化硅(opal-CT)±方解石)和由Na基蒙脱石变为Ca基蒙脱石±皂石的相交替过程。与现场观测中的一种情况不同的是,模型没有预测出这一区域中石英、高岭土和长石的大量溶解,这种不一致现象可能是由于缺乏热动力基本数据造成的,使得在高岭土-蒙脱石混合地层中高电荷蒙脱石变为低电荷蒙脱石过程中的水-热转换在模型中不能加以表示。然而,在整体上模型预测与试验观测还是较为符合的。这表明,用已知的时间-温度及再饱和过程的试验数据,该模型能够用于对KBS-3近场潜在的缓冲胶结进行长至几百年的敏感性分析。
摘要:国际上普遍认为,对核废物进行深部地质处置是长期保护人类及生存环境不受核污染的最为安全可靠的措施。为此,许多核能利用国家提出了处置方案,建立了地下实验室,并对其方案展开了大量的现场技术试验及基础理论研究,取得了极为宝贵的经验。所有的处置方案都是根据多重屏障原理建立的,即包括自然地质屏障(各种围岩)和工程屏障(废物体+包装罐+缓冲回填体)。各国根据地质条件,选择了不同岩石作为处置库的围岩,主要有盐岩、结晶岩、泥岩和凝荻岩。介绍了为在这些岩体中建造处置库提山的典型处置方案,方案的现场试验,试验中所观察的热-水-气-力过程和其数值模拟结果。
摘要:介绍了西班牙在高放废物深地质处置中用于缓冲回填材料的泥岩的筛选及其特性的研究成果,这项研究在西班牙核废料管理委员会资助下进行,始于20世纪80年代,且在开始阶段主要是开展泥岩沉积层及黏土供应商的筛选工作。黏土这些特性与标准己被国际社会广泛接受,但进一步的研究主要涉及到泥岩的矿物纯度、持水特性、可塑性、低渗透性、较高的膨胀压力和热导性。经初步研究,确定两种膨润土沉积层被选中,并在实验室中对其特性进行了研究,主要包括:热-水-力特性的确定、预加热和温度的影响以及石英添加剂的作用。由于膨润土具有较高的膨胀性以及低渗透性,因而必须对传统的试验技术进行改进,并设计出新的试验设备。最终确定Cortijo de Archidona(Almer/a)选为西班牙膨润土的供应区,其开采的膨润土已在近期结束的数个研究课题中得到了应用。无论是从矿物学、热学、水力学、力学和地质化学,还是从可变性等方面看来,该区膨润土的特性部是最好的;另外,处置库中膨润土的变化特征在实验室以及现场都已经作了相应的研究。
摘要:自1976年以来,日本核废料管理基金会与研究中心(RWMC)一直在进行核废料处置的研究。最近,RWMC非常关注核废料处置库的监测、遥控以及现场勘查技术等重要的社会公众与技术问题。其中,处置库溢山气体是一项重要的安全可靠性评估项目。这项名为“工程屏障的气体渗透试验”(GMT)的研究是在瑞士Nagra的Grimsel现场实验室进行的。GMT集中研究在粮仓形的处置库中由核废料产生的气体在工程屏障中的渗透问题。在Grimsel现场,一个按比例缩小的工程屏障库由一个具有透气孔的混凝土仓和砂-膨润土缓冲材料组成,缓冲材料被放置在一个专门建造的洞室中。混凝土仓直径为2.5m,高为2.5m,放置在直径为4m的从上到下开挖而成的竖井中。在工程屏障饱和及水渗透试验之后,气体分两个阶段被注入地窖中。气体第一次被注入之后,重复进行水渗透试验,以便观察工程屏障库的变化。第二次气体注入的时候,在工程屏障及岩石圈中采用一种可以多点取样的鸡尾酒气体跟踪器。在气体注入之后,小心挖掘出工程屏障库,然后用各种方法来进行鉴定,并采用实验室以及建模程序来进行现场的模拟研究。
摘要:近年来,用于高放废物深地质处置工程屏障的高压密膨润土越来越受到关注。经过全国范围内的比较和筛选,内蒙古兴和县高庙子膨润土矿床被确定为我国高放废物处置库缓冲材料的首选矿床。采用渗析法和水汽平衡法来控制吸力技术,通过上水特征曲线测定试验、环境扫描电镜和乐汞试验,研究高庙子高压密膨润土在不同吸力下的持水特性及其微观结构特征。利用压汞试验结果推算膨润土在恒体积条件下的土水特征曲线,并与实测数据进行比较。研究结果表明:在不同吸力作用下,膨润土的持水特性与其微观结构之间有着密切关系。
摘要: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。
摘要: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。
摘要: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。
摘要:通过现场管理调查、地应力及高压压水试验及室内岩石力学试验,研究了甘肃北山预选区岩体力学和渗流特征。研究结果表明:甘肃北山岩体节理以陡倾角的剪节理为主,节理倾向分布可用正态函数进行有效地拟合,而开度分布可用负指数函数进行拟合。甘肃北山岩均具有高密度,低含水量,低吸水率和低孔隙率的特性,岩石致富,但浅部岩石均匀性较高;英云闪长岩岩性不均匀,而300m以下似斑状二长花岗岩的岩石均匀较好,其单轴抗压强度和弹性模量较高,该区最大水平主应力为17.52MPa,而最小水平应力为11.12MPa,属中等应力区;岩体的渗透系数为10^-7-10^-5cm/s,属低渗透性岩体。为此,编制了渗透张量计量和节理三维模拟程序,可较好地反映岩体的渗透性质和节理的三维分布。
摘要:放射性核废物的地质处置是一个关系到国计民生多学科交叉的综合性问题。它不仅提出了许多挑战性的科学和技术课题,而且在一个更高的层面上对国家核能,核废物,国防和环境保护事业中大型科学研究的总体规划和组织实施,经费保障及工程建设等提出了立法和政策方面的要求。岩石力学和岩石工程是计算机性废物地质处置问题的一个极其重要的方面。放射性废物地下处置系统的设计,现场址质调查,工程设计和施工,运行以及系统长期安全性评估均含有重要的岩石力学和岩石工程内容,因而在放射性废物地质处置的研究和发展规划中有不可取代地位,据此,首先对核废物地质处置的总体系统及各个主要环节的主要理论和工程问题作一个简要的介绍。然后在此基础上,提出在可行性研究及现场勘查调研对岩石力学和岩石工程主要内容,要求及目前国际上的动态和发展方向。讨论的重点是节理岩体的温度,应力,流体流动及化学反应过程耦合效应的数值方法,试验研究,及其国际放射性废物处置事业中的进展和前景及中国在核废物地质处置方面所开展的研究工作以及所取得的进展。
摘要: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。
摘要:国际上公认盐岩体是地下能源(石油、天然气)储存最理想的介质,作为储气库的盐岩溶腔,一般都是根据设计要求通过水溶开采形成。目前,国内外鲜见利用地下废弃盐岩溶腔作为天然气储气库的先例。通过对ABAQUS有限元的二次开发,对某废弃盐岩溶腔的储气库围岩和岩柱的蠕变变形规律及腔顶蠕变损伤区的范围进行数值模拟,并对废弃溶腔作为储气库时的工作压力和储库套管鞋高度设计作了有益的探讨,这对指导工程实践具有一定的指导意义。
摘要:首先介绍国际合作DECOVALEX计划的概况和研究进展,阐述中国参加该合作计划研究的必要性和重要意义。对国内外在岩石应力-水力-化学耦合过程方面的主要研究进展进行简略概述,并重点总结了DECOVALEX计划Task_B及中国科学院武汉岩土力学研究所的研究课题组所取得的主要研究进展,包括:(1)开展了岩石应力-化学耦合条件下的单轴、三轴压缩试验、细观力学试验和CT扫描试验的系统研究和分析;(2)建立了岩石破裂过程的弹塑性和应力-渗流耦合细胞自动机模型,并用于对岩石声发射活动的Kaiser效应、Ⅱ类曲线的形成机制以及孔隙水压力对岩石力学性质的影响规律和细观机制进行了模拟分析等。上述研究成果对于岩石应力水力-化学耦合过程研究起到了积极的推进作用。