核廢料處置庫巷道襯砌熱力耦合試驗與模擬研究.pdf

1、隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，核能的利用越來越廣泛，同時也產(chǎn)生了大量的核廢料。核廢料合理安全的處置也成為了全世界研究的重點。建造地下處置庫進行地質處理已經(jīng)被全世界認為是最為合理的處理方法。
　　水泥基材料作為核廢料處置庫建設的重要材料，在核廢料地下處置庫巷道襯砌的設計建造當中，不僅要起到巷道支護的作用，還要有較低的滲透性作為核廢料和巖石之間的人工屏障。當處置庫運行后，一方面巷道襯砌受到地應力的作用；另一方面核廢料中的放射性元素，在處置的

2、過程中將會放出大量的熱量，使處置庫巷道襯砌產(chǎn)生溫度應力。這樣巷道襯砌受到溫度場和應力場的相互作用，產(chǎn)生非常復雜的熱力耦合問題。從而影響處置庫的永久性和穩(wěn)定性，所以有必要對核廢料處置庫巷道襯砌所采用的水泥基材料進行熱力耦合的特性研究。
　　本文采用試驗和有限元模擬的方法，對處置庫巷道襯砌水泥基材料在熱力耦合作用下的特性進行了研究，研究和分析的主要內(nèi)容包括下列幾項：
　?。?）利用熱傳導理論對水泥基材料的溫度場及應力場進行了理論

3、分析和基本方程的推導。
　?。?）制作了水灰比為0.4、0.45和0.5三組砂漿試樣，通過試驗得到三組試樣的熱學參數(shù)，包括：密度、導熱系數(shù)、比熱容和膨脹系數(shù)。通過單軸壓縮試驗和常規(guī)三軸壓縮試驗，得到三組試樣的力學參數(shù)，包括：彈性模量、泊松比、粘聚力以及內(nèi)摩擦角，并比較和分析了不同水灰比對其熱力學參數(shù)的影響和變化規(guī)律?？梢缘贸鲭S著水灰比的增大，試樣密度、導熱系數(shù)、比熱容、彈性模量、泊松比和粘聚力都在減小，與水灰比呈負相關；只有膨脹系

4、數(shù)在增大，與水灰比呈正相關；內(nèi)摩擦角基本不變，都在39°左右。
　　（3）通過有限元軟件Abaqus進行數(shù)值模擬，建立核廢料處置庫模型，選取了合理的熱力耦合分析方法。將試驗得到的三種水灰比的熱力學參數(shù)分別代入到模型中，對處置庫三種水灰比巷道襯砌的溫度場和耦合場進行了數(shù)值模擬并分析其變化規(guī)律。研究得出：水灰比的變化對其溫度場的影響不大，對耦合場的影響較大。水灰比為0.4的巷道襯砌的初始應力值、應力隨時間增長的速率、應力峰值以及處置1