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放射性废物贮存结构的抗震分析

王新征  
【摘要】:包含放射性物质的钢容器需要按照类似高放废物地质处置的要求进行处置,而处理此类废物所需的安全期较长,可能达到上万年,在此期间地震是影响废物处置库安全的一个重要随机事件,对该贮存结构进行抗震研究具有重要的意义。 高放废物地址处置库具有两个重要特点:建在深地下岩体中和能够长期有效封闭放射性。这决定了结构抗震分析的两个主要问题:需要确定深地下区域的地震动参数;在结构动力分析过程中需要考虑复杂的放射性屏蔽结构的影响。 首先,分析了现有地下结构抗震的研究现状和地震学家对深地下地震动参数变化规律的研究成果,得到了硬岩场地深地下地震动参数的变化规律。形成了确定高放废物地质处置库设计地震动参数的一些基本原则。根据这些基本原则,可以直接得到研究结构所处位置的设计地震动参数;或通过与研究结构所在场地相似的地面设计地震动参数和相应场地设计地震动参数随深度的变化规律,间接获得作用在结构上的设计地震动参数。根据以上原则,从现有的强震记录中优化选择,得到满足废物贮存结构场地条件和埋深的设计地震动是1989年10月18日00:05的Loma Prieta强震记录。 接着,根据膨润土和轻集料混凝土的基本物性,理论分析了适合这两种材料的本构模型,确定采用Mohr-Coulomb本构模型描述这两种材料的力学行为。分别在土三轴仪和岩石三轴仪上进行试验,获得了这两种材料的相应参数,其中膨润土的摩擦角为23.7°,粘聚力为145.7kPa;轻集料混凝土的摩擦角为7.4°,粘聚力为4.8MPa。 最后,对模型进行简化并采用有限元软件ABAQUS进行废物贮存结构的动力响应分析,计算模型中考虑了岩体、轻集料混凝土、膨润土和钢容器的相互作用,重点研究了地震作用下膨润土层的位移变化情况。研究表明选择的该强震记录的速度载荷对结构的影响最大,加速度和位移载荷的影响相对较小;钢容器的约束状态对屏蔽结构的影响较大,不仅影响膨润土屏蔽层与其他各层的相对位置,还可能影响顶部混凝土盖的力学安全。 本文的研究成果对于高放废物地质处置库的抗震设计和屏蔽层的设计具有参考价值。


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