高放废物处置库含接缝缓冲材料砌块热—水—力耦合性能研究

发布时间：2020-06-12 14:46

【摘要】：膨润土砌块作为缓冲材料被放置于高放废物罐周围以阻挡核素的迁移,受处置库围岩渗流水压和核废物持续升温的影响,缓冲材料内存在复杂的热—水—力三场耦合作用,其中砌块接缝的存在对此三场耦合影响不可忽视。本文基于多相流传输热—水—力三场耦合理论,采用有限元数值分析方法,研究了不同接缝形式存在条件下缓冲材料内的热—水—力耦合作用。本文的主要工作和研究结果如下:(1)基于多相流传输热—水—力耦合理论,将缓冲材料三场耦合求解方程引入到多物理场耦合模拟软件COMSOL Mu1ti-physics,利用该软件在多物理场仿真方面的优势,实现了三场耦合方程组的数值求解。(2)利用现有高庙子膨润土的相关参数,模拟了目前国内正在运行的高放废物地质处置大型缓冲材料热-水-力耦合试验台架(China-Mock-Up)试验,得到了渗流、温度和应力场的相互作用及蒸气压、孔隙率等的变化规律,经过与已有数值模拟结果的对比,说明了本文数值模拟方法的可行性。(3)针对砌块之间填充膨润土碎块与砌块的性质差异,考虑砌块接缝区域受挤压导致的渗透系数变化,提出了一种针对于接缝处的数值计算方法。(4)针对砌块环向接缝,分析了接缝介质干密度和接缝宽度的变化对整个缓冲材料内热—水—力耦合作用的影响;结果表明环向接缝的存在不仅延缓了整个介质吸力值的下降和饱和度的上升,而且大幅度增加了水平位移值;此外,接缝宽度和充填介质的性质对缓冲区内的吸力、饱和度和水平位移有显著影响,但对温度分布的影响不明显。(5)针对砌块径向接缝,分析了接缝介质干密度和接缝宽度的变化对整个缓冲材料内热—水—力耦合作用的影响;结果表明径向接缝的存在加快了介质内吸力的下降以及饱和度和温度的上升,同时还产生了竖向对移;此外,接缝宽度和充填的介质对缓冲区的吸力、饱和度、温度和竖向位移都有影响。(6)为了更真实的模拟实际缓冲材料的热—水—力耦合作用,建立了砌块内存在环向和径向接缝组合的计算模型,分析了缓冲材料内不同物理场中变量的时空变化规律。本文研究成果对分析高放废物处置库废物罐周围缓冲材料组合砌块的阻滞核素迁移的能力有重要的指导意义。
【图文】：

处置库,高放,概念设计

１．３．２热一水一力耦合理论及数值模拟方法逡逑（１）热一水一力耦合理论研宄逡逑针对热一水一力耦合（简称ＴＨＭ耦合），早期专家学者主要集中在可反映其逡逑耦合过程的理论模型方面，即如何建立渗流场一温度场一应力场三场耦合数学模逡逑型以及检验该数学模型的求解方法的有效性。逡逑武文华［１５］首次在国内提出了非饱和土邋ＴＨＭ耦合模型。通过考虑温度的变化使逡逑土体产生弹塑性变形，同时影响屈服面的形状，武文华建立了考虑温度效应的非逡逑饱和土广义ＣＡＰ模型的多重屈服面公式，，从而推导出非饱和土的热一水一力的耦逡逑合本构模型，并在比利时列日大学的工程计算软件ＬＡＧＡＣＯＭ的平台上对提出逡逑的本构模型加以程序实现和数值模拟。逡逑白冰［１５］提出了多孔饱和介质ＴＨＭ理论方程，并明确给出耦合系数的定义。基逡逑于等压条件下的热一力耦合弹塑性理论和等温条件下的Ｂ１0ｔ固结理论，白冰给出逡逑了耦合系数的具体表达式，并明确其物理意义，然后分别控制温度的变化和压力逡逑的变化，通过合理的假设，一定程度简化耦合系数。逡逑

技术路线图,缝形,接缝宽度,耦合过程

缝形式存在条件下缓冲材料的热一水一力耦合作用过程，并变化接缝介质的干密逡逑度和接缝宽度，探宄其对整个热一水一力耦合过程的影响，研宄主要遵循的技术逡逑路线如图１．４所示。逡逑１３逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL942.1;TU522.3

【参考文献】