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《核工业北京地质研究院》 2017年
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高放废物处置库甘肃北山花岗岩围岩长期稳定性研究

马利科  
【摘要】:安全处置高放废物是科学、技术和工程界所面临的挑战性问题。不同于一般的地下工程,高放废物处置库要确保数万年甚至更长寿命周期内工程的长期稳定性和安全性。本文从我国高放废物地质处置工程研发需求出发,以处置库首选预选区甘肃北山花岗岩为研究对象,运用现场测试、室内试验测试、理论分析以及数值模拟等多种研究方法,开展高放废物处置库甘肃北山花岗岩围岩长期稳定性研究。主要结论如下:(1)获得了北山预选区新场和芨芨槽场址现今地应力状态及其分布规律。研究结果表明,北山预选区新场和芨芨槽场址岩体地应力随着深度的增加而增大,区域应力场以水平构造应力为主导,在0~700m深度范围内,其最大水平主应力小于25MPa,最大水平应力与最小水平应力之比的平均值为1.5,且深度变化对比值影响不大。该应力状态对于处置库硐室开挖十分有利,有助于硐室开挖过程中的北山花岗岩围岩稳定性。(2)通过开展不同围压条件下常规三轴压缩和循环加卸载试验,获得了岩石全应力应变试验曲线以及岩样在破坏过程中声发射特征的变化规律,揭示其损伤演化机制。根据北山花岗岩体积应变测量结果,获得北山花岗岩塑性应变轨迹,并建立了考虑围压和塑性变形的北山花岗岩峰后剪胀角模型。(3)采用改进的低渗透性水-力耦合试验方法,获得了损伤演化对北山花岗岩渗透系数的影响规律。研究结果表明,北山花岗岩渗透系数变化总体趋势与损伤演化相似,均可分为初始阶段、稳定增长和加速增长三个阶段,但北山花岗岩渗透系数增长略滞后于损伤演化过程。(4)开展不同应力比条件下的蠕变试验,结合三维声发射监测信息,获得了应力水平对北山花岗岩蠕变特性的影响规律。研究结果表明,在同一围压条件下,应力水平的提高可以增加岩石裂隙扩展速度,进而缩短岩石破坏时间。研究同时发现,同一围压条件下,岩石破坏变形基本保持恒定,不受应力水平的影响。(5)结合北山预选区深部地应力分布特征和岩体力学特性,开展了深部处置硐室开挖围岩长期稳定性数值分析,获得了硐室开挖损伤区和围岩渗透特性长期演化特征。研究表明,在北山预选区深部工程地质环境下,处置硐室可以保持上万年时间尺度内的长期稳定。
【学位授予单位】:核工业北京地质研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU457

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