考虑细观等效热学参数的高放废物处置库围岩应力−渗流−温度耦合模拟方法

高放废物处置库中乏燃料持续释放的热量对围岩的应力场和渗流场及其长期稳定性具有重要影响。围岩的热学参数依赖于岩石矿物组成、孔隙率和孔隙流体等因素,准确取值是进行高放废物地质处置库多场耦合分析的前提。通过细观力学分析,建立了围岩等效热学参数（热容、热传导系数、热膨胀系数）取值方法,并基于Biot孔隙介质理论,建立应力?温度?渗流三场耦合模型,进而提出了高放废物处置库围岩应力?渗流?温度耦合数值模拟方法。最后通过COMSOL Multiphysics多场耦合软件,利用瑞士Mont Terri高放废物地下试验室围岩温度?渗流?应力多场耦合现场试验数据对数值模拟方法进行验证,并探讨了温度?渗流?应力耦合过程的演化规律。研究表明,模拟结果和试验值吻合良好。研究结果可为我国高放废物处置库的安全评估和选址提供科学依据。     

加拿大和美国高放废物地质处置研究概况

本文主要介绍了作者2000年对加拿大和美国进行科学访问时实地考察所了解到的加拿大的核素在裂隙和孔隙介质中的迁移模式，地下实验室，白壳实验室（Whiteshell Labs)，高放废物处置库场地预选和美国拟作为高放废物处置库的尤卡山场地和已投入运行的军用超铀废物处置库的废物镉离实验工厂；着重论述了这两个国家的高放废物地质处置研究现状、经验和所取得的成果。     

高放废物处置库甘肃北山预选区水文地质特征研究

在高放废物深地质处置中，地下不是核素迁移的重要媒介。因此，水文地质工作是处置库选址中的主要内容之一。本文依据几年来的野外调查及前人的部分资料，阐明了我国高放废物处置库甘肃北山预选区的基本水文地质概况，以及地下水的循环交替条件和化学特征。研究表明，弱含水、低渗透、慢流速是区内主要水文地质特征，蒸发浓缩形成的高矿化是地下水的主要化学面貌。这一认识，为处置库选址提供了重要依据。     

美国高放废物处置库总系统性能评价

本文系统地介绍了美国高放废物处置库总系统性能评价的概念、目的、研究内容、研究方法以及最新研究进展,对我国今后高放废物处置库性能评价工作具有重要的借鉴意义。     

加拿大陈田博士介绍SYVAC_3模式

放废物处置库性能评价是处置库选址乃至废物安全处置中的重要研究内容。针对这一研究内容,核工业北京地质研究院于1998年5月11日邀请了加拿大多年从事高放废物处置的专家——陈田博士来院交流。他详细介绍了加拿大高放废物处置的研究进展,特别是关于处置库系统性能评价模式方面。目前,加拿大所采用的评价模式是SYVAC。,该模式应用概率系统变量分析方法对关闭后的处置库系统特征、事件和过程进行评价。该模式由3个子模式构成,即：处置库子模式,岩石圈子模式和生物圈子模式。处置库子模式模拟废物罐的腐蚀、核素从废物体中的释放以及…     

裂隙岩体渗透系数确定方法研究

裂隙岩体渗透系数以及渗透主方向的确定对研究岩体渗透性大小及各向异性具有重要意义。高放废物地质处置库介质岩体的渗透性能将直接影响其使用安全性。本文运用离散裂隙网络模拟的方法对我国高放废物处置库甘肃北山预选区3#钻孔附近裂隙岩体进行了渗透性质分析。通过对3#钻孔171.5~178.0m段压水试验数据的反演,标定了离散裂隙网络渗流模型中的裂隙渗透参数(导水系数T)。利用标定的离散裂隙网络模型对场区裂隙岩体进行了渗流模拟,确定了该区域裂隙岩体的渗流表征单元体(REV)的尺寸大小以及渗透主值和主渗透方向。运用离散裂隙网络模型计算得出的渗透主值的几何均值与现场压水试验计算结果较接近,证明了计算结果的有效性。     

高放射性核废物地质处置库场址预选和矿产资源勘查的关系

据1999—2007年资料的不完全统计,甘肃省地勘部门在北山地区一共投入4488.2万元人民币,矿产资源潜在价值估计为13.28亿元。一旦把甘肃省北山列为高放废物处置库的预选区,则潜在的经济损失将会很大,还可能影响西北地区的土地利用程度和经济发展。核试验场有多种围岩可供处置库地质选址选择,而且远离国境线与居民区,有利于高放废物处置库的安全管理。结合中国国情,在地质和社会条件有利的核试验军事禁区开展国家高放废物处置库的预选场址工作有独特的优势。提出了尽快在中国核试验场址开展高放废物地质处置库场址预选工作的建议。     

世界高放废物地质处置库选址研究概况及国内进展

高放废物是核能事业发展的必然产物。它的安全处置是核能事业持续发展的前提 ,已受到世界各国的高度重视。文中阐述了高放废物深地质处置的一般概念。同时重点介绍了世界上一些国家处置库选址研究的主要内容和研究进展 ,例如 ,美国把处置库建造过程分为场地推荐、场地的特征评价、处置库场地的选择和批准、领取场地执照和处置库建造设计的审批、处置库的建造 5个阶段 ;德国的选址研究工作包括地电和地热研究 ,重力、地震、地球化学、水文地质、同位素地球化学及微生物研究等 ;瑞典在花岗岩中建成了地下实验室 ,并制定了实验室的总体研究目标等等。另外也介绍了中国在甘肃省北山进行的高放废物地质处置库选址工作的情况 ,研究表明北山地区为一地壳稳定区 ,也是地下水贫水区且地下水流速缓慢 ,有利于处置库的建造 ,进一步的地面地质、水文地质勘察工作及钻探工程工作正在进行中。伴随着这些工作的完成 ,中国将大大缩短在高放废物地质处置研究方面与发达国家的距离。     

高放射性核废物地质处置库场址预选和矿产资源勘查的关系

据1999-2007年资料的不完全统计,甘肃省地勘部门在北山地区一共投入4488.2万元人民币,矿产资源潜在价值估计为13.28亿元.一旦把甘肃省北山列为高放废物处置库的预选区,则潜在的经济损失将会很大,还可能影响西北地区的土地利用程度和经济发展.核试验场有多种围岩可供处置库地质选址选择,而且远离国境线与居民区,有利于高放废物处置库的安全管理.结合中国国情,在地质和社会务件有利的核试验军事禁区开展国家高放废物处置库的预选场址工作有独特的优势.提出了尽快在中国核试验场址开展高放废物地质处置库场址预选工作的建议.     

高放废物深地质处置地下水数值模拟应用综述

开展地下水数值模拟研究是高放废物处置场地安全评价的重要组成部分,然而深地质处置介质类型的复杂性、基岩深部资料的相对匮乏性导致模拟结果存在不确定性,如何刻画深部地下水动力场并评估可能引起的风险已成为高放废物处置安全评价中重点关注的问题。在大量文献调研的基础上,综述了世界典型国家高放废物深地质处置场地的地下水数值模拟与不确定性分析应用,并归纳总结该领域研究经验,得到以下认识:（1）深地质处置场深部构造、裂隙的发育与展布决定了地下水循环条件,探究适用于基岩裂隙地区新的水文地质试验方法是提高地下水数值模型仿真性的基础;（2）不同尺度模型融合是解决深地质处置地下水模拟的有效技术方法,区域尺度多采用等效连续介质法,场地尺度使用等效连续多孔介质和离散裂隙网络耦合模型,处置库尺度使用离散裂隙网络方法,其次需重点关注未来大时间尺度下放射性核素在地质体中的迁移转化规律,模拟预测场址区域地下水环境长期循环演变对核素迁移的潜在影响;（3）考虑到不同的处置层主岩岩性以及在多介质中发生的THMC（温度场—渗流场—应力场—化学场）过程,目前国内外常用的地下水模拟软件有:Porflow、Modflow、GMS及MT3DMS等用于模拟孔隙或等效连续介质,Connectflow、Feflow及FracMan等用于模拟地下水和核素在结晶岩、花岗岩等裂隙中的迁移,TOUGH系列软件主要应用于双重介质的水流、溶质及热运移模拟;（4）指导开展有针对性的模型和参数的不确定性分析工作,减少投入工作量,提高模型精度,并可针对处置库长期演变、废物罐失效、极端降雨等多情景预测模拟,为处置库安全评价及设计提供基础数据支撑;（5）针对我国深地质处置地下水数值模拟研究现状,下一步应加强区域地质、水文地质、裂隙测量以及现场试验等相关的调查及监测工作,多介质耦合、多场耦合模拟及不确定性分析研究将会是未来的研究重点。     

我国高放废物地质处置库场址筛选总体技术思路探讨

综合对比瑞典、加拿大、芬兰和美国等国高放废物地质处置库场址筛选技术思路,分析国外高放废物地质处置库场址筛选过程中取得的经验、教训,总结了我国处置库选址工作取得的成果和存在的问题。在综合研究基础上,分析提出我国高放废物地质处置库场址筛选总体技术思路,包括应遵循的原则、工作范围、目标和总体技术步骤等,以利于今后处置库选址工作更系统、规范和统一。     

THM Coupled Modeling in Near Field of an Assumed HLW Deep Geological Disposal Repository

One of the most suitable ways under study for the disposal of high-level radioactive waste (HLW) is isolation in deep geological repositories. It is very important to research the thermo-hydromechanical (THM) coupled processes associated with an HLW disposal repository. Non-linear coupled equations, which are used to describe the THM coupled process and are suited to saturated-unsaturated porous media, are presented in this paper. A numerical method to solve these equations is put forward, and a finite element code is developed. This code is suited to the plane strain or axis-symmetry problem. Then this code is used to simulate the THM coupled process in the near field of an ideal disposal repository. The temperature vs. time, hydraulic head vs. time and stress vs. time results show that, in this assumed condition, the impact of temperature is very long (over 10 000 a) and the impact of the water head is short (about 90 d). Since the stress is induced by temperature and hydraulic head in this condition, the impact time of stress is the same as that of temperature. The results show that THM coupled processes are very important in the safety analysis of an HLW deep geological disposal repository.     

核废物处置安全评价的地质类比研究

本文简要论述了利用天然地质类似物（或类比体），类比评价核废物处置系统的安全性能。地质类比研究是安全评价核废物处置系统的重要方法之一，也是地质学科的新研究领域。目前已有的地质类比研究对象主要有火山玻璃，陨石玻璃，粘土矿物，铁陨石，铜矿床，铀矿床，含含Ｔｈ和ＲＥＥ的铁矿床，天然核反应堆（一种特殊的铀矿床）和火成岩接触带等。最后对我国今后从事同类研究提出了若干建议。     

Non-Darcian flow in low-permeability media: key issues related to geological disposal of high-level nuclear waste in shale formations

In clay or other low-permeability media, water flow becomes non-Darcian and characterized by the non-linear relationship between water flux and hydraulic gradient. This work is devoted to addressing a number of key issues related to geological disposal of high-level nuclear waste in clay/shale formations. It is demonstrated that water flow velocity in the damaged zone (often considered as a potential preferential advection paths in a repository) surrounding the tunnel is extremely small, as a result of non-Darcian flow behavior, such that solute transport is dominated by diffusion, rather than advection. The finding is also consistent with the often-observed existence of persistent abnormal pressures in shale formations. While relative permeability is the key parameter for modeling the unsaturated flow process, without incorporating non-Darcian flow behavior, significant errors can occur in the determination of relative permeability values from traditional measurement methods. An approach for dealing with temperature impact on non-Darcian flow and a formulation to calculate non-Darcian water flux in an anisotropic medium are presented, taking into consideration that a geological repository is subject to temperature evolution in the near field as a result of heat generated by nuclear waste, and that shale formations are generally anisotropic.     

Estimation of loading density of underground well repositories for solid high-level radioactive wastes

The convective transfer of radionuclides by subsurface water from a geological repository of solidified high-level radioactive wastes (HLW) is considered. The repository is a cluster of wells of large diameter with HLW disposed of in the lower portions of the wells. The safe distance between wells as a function of rock properties and parameters of well loading with wastes has been estimated from mathematical modeling. A maximum permissible concentration of radionuclides in subsurface water near the ground surface above the repository is regarded as a necessary condition of safety. The estimates obtained show that well repositories allow for a higher density of solid HLW disposal than shaft storage facilities. Advantages and disadvantages of both types of storage facilities are considered in order to estimate the prospects for their use for underground disposal of solid HLW.     

高放废物深地质处置及国内研究进展

核能在产生电力造福社会的同时 ,也留下了放射性废物。我们有责任对这些废物实施安全和正确的管理。本文阐述了高放废物深地质处置的一般概念及处置库选址研究中的若干问题 ,同时介绍了国内高放废物深地质处置研究的进展.     

高放废物地质处置黏土岩处置库围岩研究现状

世界上很多国家都对处置库的可能围岩进行了详细研究。通过对比,认为花岗岩、黏土岩、岩盐比较适合作为处置库围岩,而黏土岩由于具有自封闭性、渗透率低等其他岩石类型不可比拟的优点,因而将黏土岩作为高放废物地质处置库围岩越来越受到各国的关注。文章同时介绍了瑞士、法国、比利时等国家在黏土岩中所进行的大量研究,均认为在黏土岩中处置高放废物和乏燃料是安全的。文章还对黏土岩处置库概念设计、黏土岩处置库围岩地下实验室研究,以及我国开展黏土岩处置库研究的意义等进行了综述。     

高放废物地质处置研究中的矿物学问题

在高放废物地质处置研究中的一些矿物学问题应引起矿物学家的注意 。高放废物地 质处置库的缓冲/回填材料是选择以钠质蒙脱石为主要成分的钠基膨润土,还是以钙质蒙脱 石为主的钙基膨润土?怎样选择对99Tc、129I有较好吸附能力的硒汞矿、脆 硫锑铅矿和辉锑矿的替代物来作缓冲/回填材料中的添加剂,以能阻滞99Tc和129 I的迁移?沸石对某些放射性核素的吸附特征也需进一步研究。