高放廢物處置庫含接縫緩沖材料砌塊熱-水-力耦合性能研究.pdf

1、膨潤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)存在復雜的熱-水-力三場耦合作用，其中砌塊接縫的存在對此三場耦合影響不可忽視。本文基于多相流傳輸熱-水-力三場耦合理論，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，將緩沖材料三場耦合求解方程

2、引入到多物理場耦合模擬軟件COMSOL Multi-physics，利用該軟件在多物理場仿真方面的優(yōu)勢，實現(xiàn)了三場耦合方程組的數(shù)值求解。
　　(2)利用現(xiàn)有高廟子膨潤土的相關參數(shù)，模擬了目前國內(nèi)正在運行的高放廢物地質(zhì)處置大型緩沖材料熱-水-力耦合試驗臺架(China-Mock-Up)試驗，得到了滲流、溫度和應力場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)值模擬結果的對比，說明了本文數(shù)值模擬方法的可行性。
　　(3)

3、針對砌塊之間填充膨潤土碎塊與砌塊的性質(zhì)差異，考慮砌塊接縫區(qū)域受擠壓導致的滲透系數(shù)變化，提出了一種針對于接縫處的數(shù)值計算方法。
　　(4)針對砌塊環(huán)向接縫，分析了接縫介質(zhì)干密度和接縫寬度的變化對整個緩沖材料內(nèi)熱-水-力耦合作用的影響;結果表明環(huán)向接縫的存在不僅延緩了整個介質(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)對緩沖區(qū)內(nèi)的吸力、飽和度和水平位移有顯著影響，但對溫度分布的影響不明顯。

4、r>　　(5)針對砌塊徑向接縫，分析了接縫介質(zhì)干密度和接縫寬度的變化對整個緩沖材料內(nèi)熱-水-力耦合作用的影響;結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，同時還產(chǎn)生了豎向?qū)σ?此外，接縫寬度和充填的介質(zhì)對緩沖區(qū)的吸力、飽和度、溫度和豎向位移都有影響。
　　(6)為了更真實的模擬實際緩沖材料的熱-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算模型，分析了緩沖材料內(nèi)不同物理場中變量的時空變化規(guī)律。