新场地段深部花岗岩断裂韧度试验研究

发布时间：2020-04-21 22:05

【摘要】：近些年来,随着我国的核电事业的蓬勃发展,如何高效、妥善地处置核能设施运行中所产生的放射性废物也变得日益严峻和紧迫。其中,高放射性废物由于具有放射性高、半衰期长和毒性大的特点,其安全处置问题更为复杂和困难,一直是一个世界性的难题。目前,国际上普遍认为可行的处置方式是深地质处置,即通过在距离地表约500~1000m的地质体中建立地下处置库来处置高放射性废物,以保证它们与人类生存环境长期且可靠的隔离。目前,甘肃北山地区已被选定为我国高放废物处置库场址的首选预选区,其主要岩石类型-花岗岩也成为我国高放处置库的主要候选围岩。处置围岩作为处置工程的最后一道天然屏障,其重要性不言而喻。需指出,处置库开挖造成的围岩损伤区产生和扩展,不但会降低处置围岩本身的力学性能,同时还会为放射性核素提供潜在的迁移通道,从而影响处置库的长期稳定性和安全性。断裂韧度是影响裂隙产生和扩展规律的重要参数,受晶体粒度、饱和度和温度等影响明显,目前围绕北山花岗岩的断裂韧度研究相对匮乏。因此,开展北山预选区花岗岩的断裂性能和力学变化规律研究可以加深处置库条件下花岗岩长期力学行为的认识,为工程设计和长期稳定性分析提供关键参数,是一项重要的科研课题。本文主要结合我国高放废物深地质处置围岩研究现状,以甘肃北山预选区新场地段BS17、BS19号钻孔的花岗岩为具体研究对象,利用三点弯曲法测量岩石试样的断裂韧度(K_(IC)),探究了不同晶体粒度的花岗岩在饱和与干燥条件下的断裂损伤演化规律,主要结论如下:(1)花岗岩中的平均矿物粒径对岩石断裂韧度起着重要影响。花岗岩的矿物成分主要有斜长石、钾长石、石英、其他矿物(黏土类,云母等),当矿物总体粒径增大时,岩石断裂韧度则会相应的下降。同时,以石英为代表的高强度矿物的存在,能一定程度地提高岩石的断裂韧度。(2)水饱和处理会显著弱化花岗岩试样在弯曲试验中的力学性能。水饱和处理后的花岗岩在弯曲试验中更易产生张拉裂纹,并且裂隙扩展速度更快,从而劣化花岗岩的抗拉性能。这种情况在较低中心荷载(1.5kN)时即开始出现,试验后期现象则更加明显。(3)干燥条件下花岗岩的断裂韧度要优于同等条件下的饱和岩石。干燥试样的断裂韧度范围为1576~2139 N/cm1.5,饱和试样则介于1463~1848 N/cm1.5之间,每组干燥试样的断裂韧度要比饱和试样高10%左右。(4)声发射监测结果显示,在三点弯曲试验中,试样内部裂隙在V型截面上以“步进式”由下往上发展。峰值前裂隙的产生和扩展非常有限,岩石的破坏主要发生在峰后阶段,表明试样在峰后仍具有一定的承载能力。
【学位授予单位】：核工业北京地质研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL942;TU45

【参考文献】