一、THM Coupled Modeling in Near Field of an Assumed HLW Deep Geological Disposal Repository（论文文献综述）
王相凯[1]（2021）在《非饱和膨润土的热-水-力耦合过程试验研究》文中提出核能的发展和利用伴随着核废料的产生,目前国际上公认的处理方法是深地质处置,利用地质体将核废料与生态环境永久隔离。缓冲回填材料膨润土作为核废料容器和地质体之间的填充材料,是保证深地质处置库功能和稳定性的重要因素。实际应用过程中,缓冲材料会经历热-水-力共同作用的过程。非饱和膨润土作为缓冲回填材料在工作的过程当中同时受到核废料衰变过程产生的热量和地下水的浸润,土体内部会发生热量传递、水分迁移和应力增长,该过程涉及多相体和多物理场的变化,为深入研究温度和水力作用下非饱和土中温度、水分和应力的变化规律和过程,本文开展了温度和水力作用下非饱和膨润土热-水-力耦合试验。在非饱和土传热理论、渗流理论和力学模型的基础上,对试验现象和规律进行分析,并结合试验的物理模型,利用有限元计算软件对试验进行验证。主要研究内容和结论包括:（1）针对缓冲回填材料在实际应用过程中所处的物理环境,以及存在施工接缝的情况,自行研制一维非饱和土热-水-力耦合试验装置并开展三种不同工况的试验。该试验装置可以研究土体的传热、渗流、蒸汽迁移、热膨胀、吸湿膨胀等问题,利用传感器实时检测土体内部测点的温度、体积含水率和土压力物理量,将试验结果进行分析,得到非饱和膨润土在试验过程中各物理量随时间的响应规律。（2）利用非饱和土的相关理论和热-水-力耦合模型,采用有限元计算软件对已有的试验进行验证。分析膨润土在给定的边界条件下温度、水分和应力的演化规律,将数值计算结果和试验结果进行对比分析,发现数值计算结果和试验结果取得了一致的规律,验证了模型的可靠性。（3）土体内部的温度传递、水分迁移和应力增长是相互耦合的。热量在土体内部主要以热传导的形式传递,土体内部渗流速度较小,热对流项携带的热量较小,水分迁移包括液态水的迁移和水蒸气的迁移,应力增长包括吸湿膨胀和热膨胀,其中热膨胀对于应力的贡献较小。（4）土体的初始干密度、初始含水率和保温层厚度对于温度、水分和应力的发展过程具有显着影响。热量传递方面,干密度越大,热传导的速度就越快,土体内各点的稳态温度越高,保温层越厚,稳态温度值越高,且提升效果较干密度更为明显。水分迁移方面,干密度越大,液态水和水蒸气的迁移速度越慢,初始含水率越高,水蒸气的迁移量就越多。应力发展方面,干密度越大,土体能达到的最大膨胀力就越大,其值与干密度呈指数关系,膨胀力的发展情况主要受土体内部水分场分布的影响。
许迅[2]（2021）在《高放废物处置库双层缓冲层水-热演化规律》文中研究指明核能是新型清洁能源,得到世界各国广泛利用;同时,也产生大量具有高放射性的核废料（简称“高放废物”）。高放废物具有半衰期长、毒性大等特点,假如处理不善,将会严重影响生物圈的安全。目前,深地质处置高放废物是被公认最可行的处理方法。其中,人工屏障是深地质处置库的最后一道人工屏障。因此,人工屏障的设计十分关键。膨润土因拥有优异的膨胀性、极低的渗透性和较强的吸附性,被选做人工屏障中缓冲层的主要材料。但是,处置库封场以后,由于膨润土导热系数较低,且高放废物又持续释放衰变热,致使处置库内的温度持续升高,进而影响处置库的运行安全。因此,加强人工屏障中缓冲区的合理设计意义重大。目前,主流方案是往膨润土中加入砂、石墨等导热性能优越的材料,期望提高缓冲层的导热性能。然而,该方法会弱化其隔离防渗性能。因此,为兼顾缓冲区的导热和隔离防渗要求,拟对缓冲区进行功能分区,将缓冲区分成内外两层,分别发挥传导热量和隔离防渗的功能。论文以高放废物深地质处置为背景,以单个处置库的缓冲区作为研究对象,采用数值模拟与室内缩尺试验结合的方法,探讨双层缓冲层对处置库温度和湿度的影响。重点研究双层缓冲层的最优几何尺寸;以此尺寸为基础,通过数值模拟方法研究双层缓冲层与单层缓冲层的异同点;并建立缩尺模型,研究双层缓冲层中水和热的传递过程,以及缓冲材料中温度和相对湿度的分布规律;最后,通过分析受水-热作用前后的试样物理化学性质,探究水-热耦合作用对缓冲材料的影响。主要结论如下:（1）研究了单层和双层缓冲层处置库的水-热耦合过程。发现对缓冲层进行分层时,当内层宽度为缓冲层总宽度的2/5时,最有利于热传导;且将缓冲层分层,可以显着降低处置库运行过程的峰值温度。（2）研究了水-热耦合作用下,双层缓冲层中温度和相对湿度的分布及演化过程。发现缓冲材料中相对湿度的变化直观反映了加热器的烘干效应和水分渗透效应共同作用时二者的对抗历程;且模型周围加上保温隔热材料后温度和湿度均有不同程度的变化,说明周围环境的变化对缓冲材料中温湿度的分布有影响。（3）分析了水-热耦合作用前后试样的含水率、微观形貌和矿物成分,探究了水-热耦合作用对缓冲材料物理和化学性质的影响。结果表明:试样柱上部靠近进水端的试样含水率较高,几乎达到饱和,而试样柱下部,由于加热作用,导致试样柱下部水分由于蒸发作用向上迁移,所以试样柱下方试样含水率较初始含水率低;通过扫描电镜观察到,靠近加热器的部分水化程度最低,靠近进水端的水化程度最高;XRD结果表明,试样下部由于受到加热器长期高温作用,生成新的物质,Pelayo等推测,可能是蒙脱石与铁离子发生了离子交换,生成富铁皂石。
吴琼[3]（2021）在《废弃矿井处置中低放核废料的迁移衰变机理数值模拟研究》文中提出随着经济的发展,核能作为一种清洁能源,在国内外消费能源结构中占比逐年升高。相较于传统火力发电,核能发电存在多种优势,但也面临许多潜在的环境问题。例如核电站运营过程中会产生大量中低放射性固体废料,该废料的积累不利于电站长久运营,所以核废料储存已成为亟待解决的持续发展科学问题。针对上述科学问题,本文提出了一种将废弃矿井改造成核废料处置库的概念性方案,并基于理论分析和数值模拟相结合的研究方法,研究了中低放射性固体废物在储存过程中对周围防护层的影响,即多场耦合作用下处置库渗透性的演化规律。详细研究了回填膨润土热-流-固耦合过程中渗透性的演化规律、处置库概念模型的围岩屏障防护、围岩非饱和双渗透等效模型的准确性。主要成果和结论如下:（1）提出了一种改造废弃煤矿矿井作为中低放射性固体废物处置库的概念模型,初步评价了其安全性和可行性。应用弹塑性变形理论分析了开挖放射性废物储存硐室后巷道底部的岩体位移,对比横向与竖向位移发现,与横向位移相比,开挖后巷道以下岩体的竖向位移可以忽略不计。结合废弃矿井的水文条件,认为对废弃矿井进行中低等放射性废物处置库改造具有可行性。（2）针对核废料储存硐室回填膨润土的多物理场环境,推导了膨润土隔离层的热-流-固-传质多场耦合方程,分析了多个物理场之间的耦合关系,建立并求解了数值模型,揭示了土层渗透率在封存核废料过程中的演化机理。通过Roanne实验数据和比奥固结问题解析解验证了模型的准确性。通过建立渗透率随孔隙率变化的关系,揭示了废料衰变放热过程对渗透性演化的影响,包括不同初始饱和度对膨润土防护性能和浓度扩散的影响。结果发现,初始饱和度越高,膨润土层防护边界累计污染物浓度越高,污染物扩散越快;温度对孔隙介质中的浓度扩散有重要影响,温度越高,浓度扩散越快。（3）采用双重孔隙介质渗透模型描述废弃矿井处置库饱和态围岩中裂隙与基质的双重渗流过程。通过设置保水曲线参数,将等效裂隙区域初始状态设置为干燥不含水状态,对比显式裂隙和双重孔隙介质在非饱和态下的边界流量,以验证双重孔隙介质的准确性。对比研究了非饱和态双重孔隙渗透模型的基质与裂隙交界面的导水系数,并提出优化选择方案。对比三种界面导水系数后,发现一种导水系数能更好地描述双渗透模型早期饱和度变化。
李亚楠[4]（2020）在《甘肃北山预选区地下水化学演化规律及水岩作用研究》文中研究指明在高放废物处置库选址和场址性能评价中,场地水文地球化学条件是必须明确的关键水文地质问题之一。甘肃北山预选区（以下简称:北山预选区）是我国高放废物地质处置库场址首选预选区,地处西北干旱的荒漠戈壁地区。本论文针对预选区地下水系统水化学形成和演化问题,采用现场调查、多元统计分析、实验模拟、理论模拟等多种方法和手段,开展了不同尺度（北山预选区、重点地段、候选场址）地下水化学特征、不同深度水-岩作用和地下水形成、演化机理等综合研究,取得了如下重要进展和创新性成果:（1）采用多元统计分析等方法,系统研究了北山预选区区域和重点地段地下水化学特征及其变化规律,为高放废物地质处置库场址适宜性评价提供了水文地球化学依据。1)北山预选区自西部中、低山区,经重点地段丘陵区到东部盆地区的地下水水化学类型基本保持不变,主要包括Cl·SO4-Na型和SO4·Cl-Na型;为典型的干旱地区地下水化学类型;地下水p H值介于7.5～7.9之间,呈弱碱性;西部、中部和东部地下水TDS平均值分别为1491.7、3937.7和11848.7 mg/L,自西向东逐渐增大。2)新场地段地下水水化学类型为Cl·SO4-Na型和SO4·Cl-Na型,近地表地下水TDS介于1111.5～3750.9 mg/L,浅部地下水TDS介于1317.6～1688.2 mg/L,深部地下水TDS介于1750.1～3455.9 mg/L,垂向上,随深度增加地下水TDS有增大的趋势;算井子地段近地表地下水水化学类型主要为Cl·SO4-Na·Ca型,TDS介于690.7～3315.9 mg/L;沙枣园地段近地表地下水水化学类型以Cl·SO4-Na为主,TDS介于2076.6～10285.9 mg/L。（2）通过近地表水-岩作用试验和水文地球化学反向模拟计算,定量研究了大气降雨入渗后水化学变化特征及其离子来源,明确了地下水化学形成机理及其演化规律。1)北山地下水均起源于当地大气降水的补给,经垂向和侧向溶滤作用、蒸发浓缩作用和阳离子交替吸附作用后形成高矿化地下水,其中蒸发浓缩作用是主要作用力,贡献率为61.05%;溶滤作用次之,贡献率为21.39%。2)地下水的主要离子来源于盐岩、硫酸盐、碳酸盐的溶解,其中Na+主要来源于盐岩、含钠的硅酸盐、阳离子交替吸附作用;Cl-主要来源于盐岩的溶解;Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-主要来源于方解石、白云石和石膏的溶解。3)水文地球化学模拟表明,在大气降水入渗形成浅部地下水及深部地下水的过程中,发生了溶解的矿物主要有石膏、白云石、盐岩、钾长石,发生了沉淀的矿物有伊利石等。（3）通过高温水岩作用试验,模拟研究了高放废物持续释热对深部地下水化学的影响,研究结果表明:1)高温对北山深部地下水化学特征的影响主要表现为水溶液中Na+、K+阳离子增多,Mg2+、Ca2+、HCO3-离子逐渐减少。2)在水-岩反应体系中,当温度低于60℃时,温度对地下水化学特征影响较小甚至无影响。而当温度从60℃升高到90℃的过程中,水溶液的TDS、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-、HCO3-的含量都发生了明显的变化,说明当温度大于60℃时,温度对地下水化学特征影响显着。3)伴随水-岩反应体系温度的升高,发生了矿物的沉淀和溶解,如方解石、白云石沉淀析出,部分钠长石、钾长石、钙长石溶解生成了高岭石、蒙脱石等粘土矿物。体系中粘土矿物的形成对于高放废物处置库系统长期安全性是有利的,原因在于这些粘土矿物对于封堵处置库近场裂隙、降低地下水流动性会起到一定的作用,同时,也有利于对放射性核素的吸附,从而阻滞、延缓核素向环境的迁移。
谢敬礼[5]（2020）在《高庙子膨润土侵蚀试验研究与机理分析》文中研究说明缓冲材料是高放废物地质处置库的最后一道工程屏障,直接与处置库围岩接触,其重要作用之一是充填封闭围岩裂隙。在缓冲材料与围岩的接触面,缓冲材料在围岩裂隙水长期而缓慢的作用下水化膨胀,充填缓冲材料与围岩之间的施工缝隙并逐渐封闭围岩裂隙。然而在一定条件下,膨胀进入裂隙内的膨润土可能被裂隙地下水侵蚀,影响缓冲/回填材料的长期安全功能。本文以我国高放废物地质处置库首选缓冲/回填材料——高庙子膨润土为研究对象,在掌握高庙子膨润土基本工程性能的基础上,通过开展不同形式的侵蚀试验,掌握高庙子膨润土发生侵蚀的条件、参数及其机理,分析土-岩界面膨润土的稳定性。取得的主要研究成果如下:1.通过对高庙子膨润土开展压实试验、膨胀力试验、渗透试验等,查明了其基本工程性能。研究发现,高庙子膨润土在去离子水和BS28地下水饱和时的最大膨胀力基本无差别。最大膨胀力随最终干密度增大而呈指数增大,而饱和渗透系数随干密度呈指数减小。施工接缝的存在极大影响了膨润土整体的密度进而使得膨胀力随接缝增大呈近似指数减小;无论有无接缝,最终干密度相同的试样最大膨胀力基本相等,仍可使用最终干密度-膨胀力之间的指数关系对膨胀力进行预测和计算。在干燥的压实高庙子膨润土中添加30%～35%的石墨粉,可使其导热系数达到与北山花岗岩相当的水平,温度对纯膨润土及膨润土-石墨混合材料的导热系数影响不大。2.采用膨胀渗透仪浸水饱和压实高庙子膨润土样品,通过监控循环流经试样表面侵蚀溶液的浊度以及膨胀力随时间的变化,获得高庙子膨润土发生侵蚀的条件及影响因素,研究了流量、地下水成分及浓度、模拟裂隙大小等因素与侵蚀的关系,查明了北山地下水-高庙子膨润土体系中膨润土发生化学侵蚀的可能性。试验结果表明,饱和膨润土在极低流量（1m L/min）的去离子水流动条件下即会出现明显的颗粒侵蚀现象,在侵蚀发生的数小时内膨胀力普遍下降20%以上;膨胀力下降幅度及侵蚀颗粒量与进水流量存在正相关关系;侵蚀过程一般不会持续发生,被侵蚀带走的固体颗粒主要成分是蒙脱石。BS28地下水或浓度高于1g/L的Na Cl溶液为侵蚀溶液时高庙子膨润土不发生侵蚀,而BS28地下水被稀释至TDS为现有值的1/8时,或Na Cl溶液浓度低于0.5g/L时,膨润土颗粒大量流失,膨胀力下降。高庙子膨润土接触不同浓度流动的Ca Cl2溶液时仅有极微量颗粒被侵蚀,不影响其膨胀力。因此,离子浓度和种类是影响膨润土侵蚀的重要因素,离子浓度越高膨润土越不易发生化学侵蚀,二价阳离子能够降低侵蚀的可能性。这主要是因为土-水体系的离子浓度和种类影响膨润土胶体颗粒的产生及稳定性。3.采用透明材料设计加工模拟裂隙试验装置,控制裂隙开度为0.1～1.5mm。使用蠕动泵将去离子水、北山地下水、盐溶液等以一定流速泵入试验装置,试验过程中监测膨润土试样膨胀挤入裂隙的过程,分析流出溶液中膨润土颗粒含量,揭示侵蚀溶液种类、水流速度、裂隙开度及倾角与膨润土挤入裂隙及侵蚀行为的相互关系。研究发现,膨润土膨胀挤入裂隙的距离与其蒙脱石含量、初始干密度成正比,与裂隙水溶液的离子浓度成反比。侵蚀颗粒量、膨胀距离随裂隙开度增大而增大。在高离子浓度膨润土不发生侵蚀时,裂隙倾角对挤入裂隙膨润土的影响较小,而在发生侵蚀的情况下,裂隙倾角也即重力的作用明显,加速膨润土侵蚀,且与水平裂隙时主要为胶体颗粒随水流迁移的侵蚀机制不同,挤入裂隙的膨润土出现结构失稳。裂隙倾角对膨润土侵蚀的影响与裂隙开度有关,裂隙开度越大则倾角加速膨润土颗粒沉降的作用越明显。杂质矿物圈层是水平裂隙条件下阻止侵蚀持续进行的原因,但裂隙有较大倾角（≥45°）时杂质矿物对侵蚀的限制或延缓作用不明显。4.高庙子膨润土胶体的稳定性与离子浓度有密切关系,离子浓度增大使分散均匀的胶体发生凝聚。与一价的Na+相比,二价的Ca2+能更有效引发胶体的凝聚。高庙子膨润土胶体在低p H时不稳定,易聚沉,但在中性及碱性条件下可以稳定存在。由电解质浓度升高或p H值降低引起的胶体凝聚过程是可逆的。膨润土胶体在北山花岗岩（颗粒）中的迁移随胶体溶液p H升高、离子浓度降低而加快。5.通过系统的试验证实BS28地下水-高庙子膨润土体系中胶体无法稳定存在,因此使用不同形式的试验装置均未观察到高庙子膨润土被BS28地下水化学侵蚀。
段谟东[6]（2020）在《塔木素地区高放废物黏土岩处置库建造工程条件研究》文中进行了进一步梳理高放废物安全处置是当前核能发展和核技术利用面临的突出问题之一,也是放射性废物管理的重点和难点问题。伴随核电的发展,公众和社会对高放废物的安全处置更为关注,我国高放废物的安全处置问题也更为紧迫。当前,高放废物地质处置被认为是最具有工程前景的处置方案。高放废物地质处置方案首要的、也最基础的任务是处置库场址的选择,且场址条件是影响高放废物处置库长期安全的最关键因素之一。鉴于处置库场址的重要性,国际原子能机构（IAEA）制定了地质处置的安全要求,许多国家对处置库场址的确定都非常慎重,要求从处置库围岩类型、地质条件、水文地质条件、经济社会条件、建造与运输条件等进行多方面的比选。开展黏土岩场址筛选工作,是国际上主要有核国家高放废物地质处置研发工作的重要选择,其中关于预选地段建造和工程条件的研究是场址选择不可或缺的一部分。开展预选地段建造和工程条件研究,既能从工程建设角度对预选地段工程地质条件、水文地质条件、外部建设环境等方面进行可行性、适宜性评价,又能为预选地段拟建建筑物结果设计提供参考依据,具有重要的实际意义。本论文通过相关资料收集、研究现状分析以及工程地质勘察等研究工作,按照我国选址准则的要求,运用室内试验、理论分析与数值模拟等手段,开展塔木素地区高放废物处置库建造与工程条件综合研究,论文主要研究工作与成果如下:（1）对相关国际、区域性组织及有核国家核废料处置库选址安全要求与技术准则进行了详细调研,结合我国黏土岩处置库场址筛选安全要求与具体选址准则,进一步细化、补充了我国黏土岩处置库具体选址准则。（2）开展了塔木素地区自然地理、经济、交通、气候、工程用电、用水、建造工程材料来源及供应、区域构造及地震、地层、岩性、水文地质、地表土体及不良地质等方面相关资料收集及工程地质勘察,分析结果认为研究区在以上方面符合高放废物黏土岩处置库选址的基本要求。（3）收集了塔木素地区钻孔、编录及地球物理测试等数据资料,开展了岩体宏观特征、矿物成分分析以及含水率、密度、渗透率、自由膨胀率、热学性能、波速、单轴压缩和三轴压缩等物理力学试验,通过试验数据及资料分析,初步查明了研究区黏土岩岩石学特征、物理力学性质及钻孔工程地质特征。（4）结合室内试验结果,对塔木素钻孔区域内岩体进行围岩级别划分。依据比利时地下处置库概念设计模型尺寸,以塔木素地区为工程背景,针对拟建地下处置库关键洞室群结构进行了开挖稳定性数值模拟研究。研究区TZK-1钻孔在393.5～432.5m区域范围内为Ⅳ～Ⅲ级岩体,437.4～467.2m区域范围内以Ⅲ级岩体的占比最大,而在468.9～478.8m范围内主要为Ⅱ级围岩。模拟开挖过程中,洞室群结构稳定性较好,变形主要出现在竖井侧壁,主、支巷道顶、底板、两帮处位置,另外在交叉部位产生的围岩变形也较为显着。主巷道洞轴线方向应与最大水平应力方向呈一定的角度,当夹角为45～60度左右时,稳定性最好。（5）以目前我国高放废物处置库概念设计,结合法国、比利时对处置库的设计思路,模拟研究了处置库接收废物完毕后～洞室群工程屏障破坏失效近场环境变化过程。在不考虑渗流场情况下,该过程实质是力-热顺序耦合过程,温度场呈现迅速增长—峰值—持续—缓慢下降—快速下降—再次平衡的过程。约第100天时,处置库温度到达峰值,最高温度可达100℃左右。温度场大致呈现以中心废物罐为圆心的同心椭圆分布形态,离圆心越近温度越高,若超出圆心一定范围,温度变化不显着。温度场对应力场影响非常显着,对开挖完成后形成的结构整体稳定性影响较小。（6）以塔木素地区实际地质剖面建立地质模型,依据多孔介质地下水及溶质运移数学模型,模拟研究了基于该模型的地下水及核素在围岩中的迁移过程。核素随着迁移距离增加活度逐渐降低,但在不同介质中差异较大,可能与地下水在不同介质中的流速有关。79Se迁移速率最快,135Cs次之,99Tc再次之。黏土岩作为地质屏障可以有效控制地下水的迁移速率,从而控制核素达到生物圈的时间及活度。（7）通过对塔木素地区外部配套条件、地质条件、岩体特性、拟建处置库洞室稳定性、拟建处置库近场力-热顺序耦合模拟以及拟建处置库核素迁移研究,结合目前国际以及国内黏土岩高放废物处置库选址安全要求与技术准则,认为塔木素地区在建造与工程条件方面初步满足高放废物黏土岩处置库的选址要求。
王子辉[7]（2020）在《复杂应力状态和环境条件下北山花岗岩损伤演化规律研究》文中研究说明花岗岩是国际上公认的高放废物地质处置围岩,为了确保处置库安全运行,必须系统研究花岗岩在复杂应力状态和环境条件下的力学性质。论文首先对北山花岗岩进行单轴及三轴载荷下的力学实验,根据声发射（AE）监测,揭示了在复杂应力状态及环境条件下北山花岗岩损伤演化规律;结合数值模拟方法,构建了基于Weibull分布的北山花岗岩非均质模型,揭示了复杂应力状态下北山花岗岩应力应变等变化规律。为研究其水力耦合损伤破坏特征,进行了不同渗透压下北山花岗岩渗流实验,获得了其在水力耦合下的力学响应和损伤状态;并基于瞬态法计算了不同应力应变水平下北山花岗岩渗透率,揭示了峰前渗透率随体应变的演化规律,建立了扩容点前后渗透率与体积应变之间的关系模型。并对热处理后的北山花岗岩进行了常规三轴压缩实验,分析了其力学响应变化,揭示了其各力学参数随热处理温度的变化规律;结合数值模拟研究,揭示了热应力下北山花岗岩的损伤演化规律。获得的主要结论如下:（1）通过单轴和三轴实验研究,得出北山花岗岩平均抗拉强度为7.66 MPa,单轴压缩平均抗压强度为161.4 MPa,平均弹性模量为59.51 GPa,平均泊松比为0.260,内摩擦角为52.4°,粘聚力为35.4 MPa。通过变形分析研究,表明扩容点应力约为峰值应力（σc）的81.1%;随着围压的升高,扩容点处岩石的压缩量增大。观测岩石破坏形态,发现随着围压的升高,岩石由劈裂破坏向剪切破坏转化,并得到了 AE监测的佐证。根据AE监测研究,表明北山花岗岩裂隙闭合（σcc）、初始（σci）和损伤（σcd）应力分别约为峰值应力的12.3%、48.7%和81.1%;AE振幅和频率质心随应力的提高有明显的波动变化,且振动密集度越来越高;峰后,AE振幅明显提高,而AE频率质心明显降低。（2）通过三轴压缩循环加卸载实验研究,表明峰前循环的微弱损伤对该围压下的峰值强度影响较小。通过AE监测研究,发现AE计数率随应力水平的提高逐渐增大,峰前AE事件主要产生在应力高于σcd的加载阶段。能量演化研究表明,峰前循环中,能量主要表现为以弹性能为主的能量聚集和释放;在峰值应力循环中,耗散能明显增多,岩石内部结构发生明显的变化;峰后循环中,耗散能所占比重逐渐升高,破裂面逐渐发展导致失稳破坏。通过分析岩石能量的围压效应,表明岩石的储能极限和使岩石破坏所需的耗散能随围压的升高线性增大。（3）通过单个立方体单元模拟研究,表明运用FLAC3D及其应变软化模型可以较好的反映北山花岗岩在各阶段的力学响应。通过非均质性研究,表明使用Weibull分布可以有效的表征岩石材料的非均质性,并成功地构建了北山花岗岩非均质模型。通过分析模拟破坏过程,表明峰值应力及峰后破坏阶段内,出现应力集中区域和拉伸应力区,破坏带由边界向模型内部发展。通过分析破坏时不同围压下的应变分布,证实了随围压升高岩石由劈裂破坏向延性剪切破坏转化。（4）通过三轴压缩渗流实验研究,发现围压相同时,随渗透压的升高,北山花岗岩承载能力降低。通过AE监测研究,发现水力耦合情况下,岩石的σcc消失;σci所占比例较大,约为σc的65.8%,说明由于渗透压的存在,在相对较低应力水平下微裂隙相对比较稳定;σcd约为σc的82.4%。（5）通过瞬态法测渗透率研究,表明围压20 MPa时,北山花岗岩初始渗透率为2.58×10-18 m2;在初始压缩阶段,渗透率随体应变减小,最大可减少至初始渗透率的50%;在弹性阶段,渗透率基本保持恒定;当应力超过σcd时,岩石体积开始膨胀,渗透率开始增大;在峰值应力时,渗透率可增大至初始渗透率的10倍。通过以上研究分析,以σcd为分界点,把峰值应力前北山花岗岩渗透率随体应变演化过程分为两个线性阶段,并给出了其关系模型。通过水力耦合模拟研究,表明与常规三轴相比,在岩石破坏阶段拉伸应力区域发育更快,范围更广;说明由于渗透压的存在,加速了岩石劣化过程。（6）通过热处理实验研究,表明在300～500℃内,岩石尺寸随温度呈现指数型变化;岩石质量的减少量随温度的升高呈现对数型增加的趋势。通过热处理后常规三轴压缩实验研究,发现北山花岗岩强度变化并不明显;但是扩容点应力有所降低,约为σc的65%。破坏形态研究表明,岩石在破坏时,不仅有剪切主裂纹,还产生了明显的横向次裂纹。通过AE监测研究,发现σci和σcd基本重合;AE计数率虽然逐渐增大,但与常规三轴相比较小,岩石经历了缓慢的扩容过程。（7）通过总结北山花岗岩各物理力学参数变化规律,表明其导热系数随温度升高逐渐减小;抗拉强度、泊松比和内摩擦角随温度的升高先增大后减小,约在200℃达到最大值;弹性模量随温度的升高逐渐减小,粘聚力则逐渐增大。通过热力耦合数值模拟研究,表明由于非均质性,加热所造成的应力应变分布不均匀,会产生局部变化较大区域。通过热处理后三轴压缩模拟研究,表明随温度的升高,岩石破坏时体应变逐渐扩大;说明热处理温度越高,后期加载越容易膨胀;而剪切应变则有减小的趋势。
许韬[8]（2019）在《含施工接缝的非饱和膨润土缓冲材料热-水-力耦合过程及愈合效应》文中进行了进一步梳理核能的发展伴随着大量放射性核废料的产生,目前国际上普遍的处理方法是建立地质处置库,通过工程屏障将核废料隔离在远离人类生活圈的地质体中。缓冲材料是工程屏障中的重要一环,一般以高压实膨润土砌块拼接的形式回填在废物罐周围,罐体、砌块、围岩之间的缝隙通过接缝材料进行填充,缓冲材料会经历热（thermal）水（hydraulic）力（mechanical）溶质运移（migration）共同作用的过程。本文研究了接缝对缓冲材料工作性能产生的影响及接缝的愈合效应,对膨润土本构模型方程和计算方法进行改进,以更好地通过数值计算分析各因素间的影响关系。主要研究内容包括:（1）针对缓冲材料的物理力学特性,以及存在施工接缝的情况,利用非饱和土的相关理论,建立非饱和土的热-水-力耦合及溶质运移模型。该模型可研究土体的传热、渗流、蒸发/凝结、溶质运移、吸湿膨胀、热膨胀、压缩变形等问题。利用多场耦合有限元软件进行求解,以核工业北京地质研究院进行的China-Mock-up试验为算例,将数值计算的结果与监测数据进行比较分析,验证了模型的可靠性。（2）通过计算完整的三维砌块-接缝模型,分析了缓冲材料工作过程中砌块和接缝的多物理场演化规律,结果表明在饱和过程中,砌块会产生较大的膨胀力将接缝材料压缩,产生愈合效应,改善缓冲材料的工作性能。研究了接缝设计参数,如接缝的类型、数量、宽度、拼接形式、干密度等,对缓冲材料整体导热系数、渗透率、扩散系数和膨胀力等性能指标的影响,发现缓冲材料饱和后的工作性能主要受平均干密度影响,而与砌块的拼接形式关系不大,可为缓冲材料的设计提供参考。（3）在膨润土砌块多场耦合的计算中,为解决目前有限元软件不便计算的某些问题,研究光滑粒子法（SPH）在热-水-蒸汽迁移等传导类问题中的应用,可作为数值计算中的辅助性手段。为此提出了新的核函数形式,用于求解抛物线形数理方程,相比于传统的高斯型核函数具有更高的精度和更快的求解速度。以膨润土砌块为主要研究对象,利用该核函数研究了非饱和土在热-水-蒸汽迁移过程中,蒸发效应对渗流的影响和渗流对传热的影响,结果表明蒸发效应会增强温度梯度对水分迁移的影响。渗流对传热的影响与流速有关,低渗透性粘土中的渗流对传热影响可以忽略。对膨润土砌块的饱和过程进行计算,发现膨润土的饱和速率与外界水压和热源温度成正相关。（4）针对非饱和土热驱动引起的干湿循环问题,提出了一个新的土水特征曲线滞回模型,编写了可处理非饱和土干湿循环下的热-水耦合过程计算的SPH算法程序。设计了相应的土柱试验,研究了非饱和粘土在升降温的作用下,温度场及含水率分布的动态响应,发现土体的水分迁移有明显的滞后作用,利用新的滞回模型可以较好地反映滞后作用的影响。
陈卫忠,雷江,于洪丹,李翻翻,马永尚,王九红[9]（2019）在《温度-渗流-应力耦合条件下黏土岩裂隙自闭合特性研究现状与思考》文中研究说明黏土岩因为低渗透性和自闭合性能而被公认为理想的高放废物地质处置库介质,黏土岩裂隙自闭合特性可以显着降低其渗透性,从而达到阻止处置库核素迁移的目的。从试验、机制及模型三方面概述国内外黏土岩在温度–渗流–应力耦合条件下裂隙渗透性自闭合特性的研究现状与发展趋势。研究结果表明,黏土岩的裂隙自闭合规律与黏土矿物含量、应力状态、水溶液和温度等因素相关。总结国内外裂隙自闭合试验研究方法的基础上,提出采用瞬态法测量黏土岩裂隙自闭合过程中渗透性变化的思路。最后,探讨黏土岩裂隙自闭合过程研究的工作思路,主要有:裂隙自闭合微观机制研究、THMC多场耦合作用下裂隙自闭合特性、蠕变的发展对自闭合的影响规律、建立能够反映损伤区渗透性演化的自闭合模型等。
王瑜[10]（2019）在《塔木素预选区黏土岩渗流-应力耦合特性试验研究》文中研究指明黏土岩被认为是良好的高放废物地质处置库备选围岩之一。本文以塔木素预选区黏土岩为研究对象,通过电镜扫描试验、压汞试验、点荷载试验、单三轴试验和渗透试验,并运用FLAC3D有限差分软件进行数值模拟,对塔木素预选区黏土岩的物理力学特性、细观结构特征和渗流-应力耦合特性进行了研究。主要研究成果如下:（1）对塔木素预选区黏土岩进行了基本物理特性试验。试验结果表明,塔木素预选区黏土岩的平均块体密度为2.37g/cm3,颗粒密度为2.592.74 g/cm3,平均含水率为5.79%6.75%,孔隙度为0.4%19.0%。随着深度增加,块体密度增大,孔隙度有降低趋势。黏土岩的孔喉以纳米孔喉和微毛细管孔喉为主,属于极致密岩样。（2）通过开展塔木素预选区黏土岩的单三轴试验,研究黏土岩的应力应变特征,获得一些力学特征参数。研究表明,随着深度增加,黏土岩峰值强度、弹性模量和泊松比随之增大。黏土岩的应力和体积应变关系,满足指数函数关系。（3）针对塔木素预选区黏土岩开展气体和液体渗透性试验,试验结果表明,黏土岩气体渗透率一般为10-17m2,液体渗透率为10-20m2,平行层理方向岩样的渗透率更高。在围压加卸载过程中,黏土岩的渗透率先下降再上升,但不能恢复到原始值。在同等渗透压的情况下,随着围压的增加,峰值强度增大,渗透率降低;在同等围压的情况下,随着渗透压的增加,峰值强度降低,渗透率增大。围压对黏土岩峰值强度起主导作用,渗透压的影响程度相对较小。（4）研究塔木素预选区黏土岩渗透性演化规律,研究表明,在加载阶段,渗透率与围压的关系满足指数函数关系;在卸载阶段,渗透率与围压的关系满足幂函数关系。峰值前渗透率与应力的关系,满足负幂指数函数关系。而且,对于低孔隙度的黏土岩,变形对渗透率的影响更明显。（5）用FLAC3D有限差分软件对塔木素预选区黏土岩和处置库硐室进行模拟,得到模拟的峰值强度与试验值接近。而且,巷道硐壁上孔隙水压力等于大气压,离硐壁越远,孔隙水压力越大,接近原岩的值。围岩变形最大出现在巷道顶部,硐室变形失稳问题不易发生。
二、THM Coupled Modeling in Near Field of an Assumed HLW Deep Geological Disposal Repository（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、THM Coupled Modeling in Near Field of an Assumed HLW Deep Geological Disposal Repository（论文提纲范文）
（1）非饱和膨润土的热-水-力耦合过程试验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 膨润土材料特性研究 |
| 1.2.2 膨润土热-水-力耦合理论研究 |
| 1.2.3 膨润土热-水-力耦合数值计算研究 |
| 1.3 研究方案 |
| 1.4 研究内容 |
| 1.5 创新点 |
| 2 非饱和膨润土热-水-力耦合试验方法 |
| 2.1 土的基本性质 |
| 2.2 试验装置 |
| 2.3 试验方案 |
| 2.4 试验步骤 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 温度、水分、应力试验结果分析 |
| 3.1 温度场分布特征 |
| 3.1.1 温度场的分布随时间的变化 |
| 3.1.2 温度场的稳态分布情况 |
| 3.1.3 温度场分布的影响因素 |
| 3.2 水分场分布特征 |
| 3.2.1 水分场的分布随时间的变化 |
| 3.2.2 蒸汽迁移对于水分场分布的影响 |
| 3.3 应力场分布特征 |
| 3.3.1 膨胀力的分布随时间的变化 |
| 3.3.2 膨胀力的组成 |
| 3.3.3 裂缝的密度增长 |
| 3.3.4 缓冲材料接缝区域的愈合 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 热-水-力耦合试验的数值模拟 |
| 4.1 热-水-力耦合控制方程 |
| 4.1.1 传热控制方程 |
| 4.1.2 渗流控制方程 |
| 4.1.3 力控制方程 |
| 4.2 COMSOL的基本模块和应用 |
| 4.3 模型参数 |
| 4.4 边界条件和初始条件 |
| 4.4.1 模型的边界条件 |
| 4.4.2 模型的初始条件 |
| 4.5 热-水-力理论模型验证 |
| 4.5.1 有限元软件前处理 |
| 4.5.2 计算结果与试验值的对比 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 结论与展望 |
| 5.1 主要结论 |
| 5.2 不足和展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（2）高放废物处置库双层缓冲层水-热演化规律（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与科学意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1膨润土导热及渗透性能研究现状 |
| 1.2.2处置库水-热耦合数值模拟及模型试验研究现状 |
| 1.2.3高放废物深地质处置库的结构 |
| 1.3 研究内容与研究方法 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 研究方法与技术路线 |
| 1.3.3 创新点 |
| 1.4 本章小结 |
| 第2章 高放废物处置库双层缓冲层水-热性能数值模拟 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 计算模型 |
| 2.2.1 几何模型的建立 |
| 2.2.2 热传导模型 |
| 2.2.3 液体流动模型 |
| 2.2.4 边界及初始条件 |
| 2.3 数值模型的验证 |
| 2.4 计算结果及分析 |
| 2.4.1 敏感性分析 |
| 2.4.2 Buffer-A宽度的确定 |
| 2.4.3 模型的对比 |
| 2.4.4 双层缓冲层建议模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 双层缓冲层水-热耦合模型试验与数值模拟 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 水-热作用模拟试验仪 |
| 3.2.1 试验仪器整体概况 |
| 3.2.2 功能介绍 |
| 3.2.3 模型组装及操作步骤 |
| 3.2.4 仪器校准 |
| 3.3 试样制备 |
| 3.4 试验方案 |
| 3.4.1 模型试验的安装 |
| 3.4.2 试验进程 |
| 3.5 数值模型及参数 |
| 3.5.1 模型设置 |
| 3.5.2 缓冲材料的性质 |
| 3.5.3 模型边界条件 |
| 3.6 试验结果与分析 |
| 3.6.1 温湿度演化过程 |
| 3.6.2 数值模拟与试验数据对比 |
| 3.6.3 试样含水率分析 |
| 3.6.4 微观结构分析 |
| 3.6.5 矿物成分变化 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 结论与展望 |
| 4.1 结论 |
| 4.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（3）废弃矿井处置中低放核废料的迁移衰变机理数值模拟研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状以及不足 |
| 1.3 研究内容 |
| 1.4 创新点 |
| 1.5 技术路线图 |
| 2 废弃矿井处置库概念设计及围岩稳定性初步评价 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 废弃矿井改造为处置库模型 |
| 2.3 处置库开挖数值模型 |
| 2.4 开挖模拟结果分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 回填土防护层的多场耦合理论 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 膨润土内污染物多场耦合运移理论 |
| 3.3 围岩中污染物扩散理论 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 核废料污染物运移多场耦合数值模拟 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 处置库核废料运移模拟研究 |
| 4.3 处置库核废料运移分析与讨论 |
| 4.4 围岩中核废料运移模拟研究 |
| 4.5 围岩中核废料运移分析与讨论 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 核废料处置库防护层双重孔隙介质渗透模型研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 双重孔隙介质与显式裂隙渗透模型 |
| 5.3 双重孔隙介质与显式裂隙数值模型 |
| 5.4 模拟结果对比 |
| 5.5 参数讨论分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 数据集 |
（4）甘肃北山预选区地下水化学演化规律及水岩作用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 选题背景及研究意义 |
| 1.1.1 选题背景——高放废物地质处置基本概况 |
| 1.1.2 水文地球化学在高放废物地质处置库开发中的重要作用 |
| 1.1.3 研究目的意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 地下水化学研究方法概况 |
| 1.2.2 国外高放废物处置水文地球化学研究现状 |
| 1.2.3 北山预选区水文地质研究进展 |
| 1.2.4 存在的问题和不足 |
| 1.3 研究内容及技术路线 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 2 北山预选区概况 |
| 2.1 自然地理条件 |
| 2.2 地质概况 |
| 2.2.1 区域地质构造 |
| 2.2.2 地层 |
| 2.2.3 区域构造单元划分 |
| 2.2.4 岩浆岩及形成时代 |
| 2.3 水文地质条件 |
| 2.3.1 区域水文地质 |
| 2.3.2 地下水动态特征 |
| 2.3.3 地下水流系统 |
| 3 北山预选区地下水化学特征分析研究 |
| 3.1 北山预选区样品采集与分析测试 |
| 3.2 北山预选区区域地下水化学特征分析 |
| 3.2.1 区域地下水化学组分的空间分布特征 |
| 3.2.2 区域地下水主要组分分布规律 |
| 3.2.3 区域地下水水化学类型 |
| 3.2.4 区域地下水水化学特征统计分析 |
| 3.3 重点地段地下水化学特征分析 |
| 3.3.1 新场地段地下水化学特征分析 |
| 3.3.2 算井子地段地下水化学特征分析 |
| 3.3.3 沙枣园地段地下水化学特征分析 |
| 3.4 北山预选区地下水化学特征综合分析 |
| 3.5 北山预选区地下水环境同位素特征 |
| 3.6 小结 |
| 4 新场地段近地表水岩作用模拟研究 |
| 4.1 新场地段近地表水岩作用试验方法 |
| 4.1.1 新场地段近地表水岩作用试验设计 |
| 4.1.2 新场地段近地表水岩作用试验流程 |
| 4.1.3 新场地段近地表水岩作用试验分析测试方法 |
| 4.2 固相沉积物反应前特征 |
| 4.2.1 固相沉积物X衍射分析 |
| 4.2.2 固相沉积物反应前微观形态分析 |
| 4.3 浸泡液水化学特征 |
| 4.3.1 浸泡液主要组分变化规律 |
| 4.3.2 浸泡液微量元素变化规律 |
| 4.4 新场地段近地表水岩作用水化学模拟 |
| 4.5 浸泡液中主要离子来源分析 |
| 4.6 小结 |
| 5 北山预选区地下水化学形成机理研究 |
| 5.1 蒸发浓缩作用 |
| 5.2 矿物溶滤作用 |
| 5.2.1 主要离子比值关系 |
| 5.2.2 矿物饱和指数计算 |
| 5.3 阳离子交替吸附作用 |
| 5.4 反向水文地球化学模拟研究 |
| 5.4.1 水文地球化学模拟理论基础 |
| 5.4.2 计算基础条件的确定 |
| 5.4.3 反向水文地球化学反应路径模拟 |
| 5.5 小结 |
| 6 高温水岩作用试验模拟研究 |
| 6.1 高温水岩作用试验方法 |
| 6.1.1 高温水岩作用试验目的及设计 |
| 6.1.2 高温水岩作用试验流程 |
| 6.2 深部岩样X衍射分析 |
| 6.3 高温水岩作用试验结果 |
| 6.3.1 高温水岩作用试验水溶液主要组分变化规律 |
| 6.3.2 高温水岩作用试验微量元素特征 |
| 6.4 高温水岩作用试验水化学模拟 |
| 6.5 高温水岩作用试验水溶液中主要离子来源分析 |
| 6.6 温度对深部地下水化学特征的影响及其意义 |
| 6.7 小结 |
| 7 结论、创新点及展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 讨论和展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 |
（5）高庙子膨润土侵蚀试验研究与机理分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 1.1 选题目的和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.2.3 存在的主要问题 |
| 1.3 研究内容与技术路线 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 2 高庙子膨润土基本工程性能试验研究 |
| 2.1 矿物成分及化学成分 |
| 2.2 压实特性研究 |
| 2.2.1 试验方法 |
| 2.2.2 结果分析 |
| 2.3 膨胀特性研究 |
| 2.3.1 试验方法 |
| 2.3.2 去离子水条件下高庙子膨润土的膨胀力 |
| 2.3.3 北山地下水条件下高庙子膨润土的膨胀力 |
| 2.3.4 膨胀力预测 |
| 2.3.5 蒙脱石含量的影响 |
| 2.3.6 盐溶液的影响 |
| 2.3.7 施工接缝的影响 |
| 2.4 渗透特性研究 |
| 2.4.1 试验原理 |
| 2.4.2 试验方法 |
| 2.4.3 试验结果 |
| 2.5 导热特性研究 |
| 2.5.1 试验方法 |
| 2.5.2 试验材料的导热性质 |
| 2.5.3 石墨含量的影响 |
| 2.5.4 温度的影响 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 地下水侵蚀压实膨润土模拟试验研究 |
| 3.1 试验方法 |
| 3.1.1 试验装置 |
| 3.1.2 试验材料 |
| 3.1.3 试验步骤 |
| 3.2 结果与讨论 |
| 3.2.1 代表性试验过程及结果分析 |
| 3.2.2 垫片孔隙的影响 |
| 3.2.3 岩石裂隙的影响 |
| 3.2.4 流量的影响 |
| 3.2.5 离子浓度的影响 |
| 3.2.6 离子浓度和种类的影响 |
| 3.2.7 讨论 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 模拟裂隙条件下膨润土封堵及侵蚀试验研究 |
| 4.1 试验装置及条件 |
| 4.1.1 试验装置 |
| 4.1.2 试验材料 |
| 4.1.3 试验步骤 |
| 4.2 试验结果 |
| 4.2.1 静水条件下的膨胀 |
| 4.2.2 离子浓度的影响 |
| 4.2.3 裂隙开度及流量的影响 |
| 4.2.4 裂隙倾角的影响 |
| 4.3 讨论 |
| 4.3.1 挤入土的封闭性和分布 |
| 4.3.2 离子浓度变化与迟滞性 |
| 4.3.3 限制膨润土侵蚀的机制 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 高庙子膨润土胶体特性试验研究 |
| 5.1 试验方法 |
| 5.1.1 试验试剂和仪器 |
| 5.1.2 纯钠基和钙基膨润土的制备 |
| 5.1.3 胶体的制备 |
| 5.1.4 胶体的表征 |
| 5.1.5 稳定性试验 |
| 5.1.6 稳定可逆性试验 |
| 5.1.7 穿透试验 |
| 5.2 结果与讨论 |
| 5.2.1 高庙子膨润土胶体的特征 |
| 5.2.2 NaCl对膨润土胶体稳定性的影响 |
| 5.2.3 CaCl_2对膨润土胶体稳定性的影响 |
| 5.2.4 pH对膨润土胶体稳定性的影响 |
| 5.2.5 膨润土胶体的聚沉可逆性 |
| 5.2.6 北山地下水对膨润土胶体产生量及稳定性的影响 |
| 5.2.7 离子浓度对膨润土胶体产生量和稳定性的影响 |
| 5.2.8 pH和离子浓度对膨润土胶体迁移行为的影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 结论 |
| 6.1 本研究的主要结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 存在的主要问题和未来工作 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 |
（6）塔木素地区高放废物黏土岩处置库建造工程条件研究（论文提纲范文）
| 作者简历 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题的来源、目的和意义 |
| 1.2 国内外高放废物地质处置研究现状 |
| 1.2.1 我国高放废物分类及其来源 |
| 1.2.2 地质处置研究概况 |
| 1.2.3 地质处置安全评价发展现状和趋势 |
| 1.2.4 选址和场地评价工作研究现状 |
| 1.2.5 处置库概念设计模型研究现状 |
| 1.2.6 处置库洞室开挖稳定性研究现状 |
| 1.2.7 处置库近场环境研究现状 |
| 1.2.8 处置库核素迁移研究现状 |
| 1.3 研究内容、技术路线及创新点 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 1.3.3 创新点 |
| 第二章 高放废物黏土岩处置库选址技术准则研究 |
| 2.1 国外高放废物处置库选址技术准则和建议 |
| 2.1.1 IAEA关于高放废物处置库选址准则和建议 |
| 2.1.2 欧共体与北欧五国关于高放废物处置库选址准则和建议 |
| 2.1.3 美国关于高放废物处置库选址准则和建议 |
| 2.1.4 其他国家关于高放废物处置库选址准则和建议 |
| 2.2 国外高放废物黏土岩处置库选址技术准则及建议 |
| 2.2.1 法国黏土岩处置库选址准则与建议 |
| 2.2.2 比利时黏土岩处置库选址准则与建议 |
| 2.2.3 瑞士黏土岩处置库选址准则与建议 |
| 2.2.4 德国黏土岩处置库选址准则与建议 |
| 2.3 国内黏土岩处置库场址筛选安全要求与技术准则推荐 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 塔木素地区工程地质条件研究 |
| 3.1 工区自然地理、经济、外部配套条件概况 |
| 3.1.1 工区位置、交通简况 |
| 3.1.2 自然地理与经济概况 |
| 3.1.3 气候特征 |
| 3.1.4 工程用电特征 |
| 3.1.5 工程用水特征 |
| 3.1.6 建造工程材料来源及供应 |
| 3.2 区域构造及地震特征 |
| 3.3 地层、岩性特征 |
| 3.4 水文地质特征 |
| 3.4.1 地下水类型及分布特征 |
| 3.4.2 地下水的补给、径流和排泄条件 |
| 3.4.3 水化学特征 |
| 3.5 地表土体及不良地质特征 |
| 3.5.1 地表土特征 |
| 3.5.2 不良地质特征 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 塔木素地区岩体特性研究 |
| 4.1 钻孔位置 |
| 4.2 黏土岩岩石学特征 |
| 4.2.1 宏观特征分析 |
| 4.2.2 X射线衍射(XRD)分析 |
| 4.2.3 岩样薄片鉴定分析 |
| 4.3 黏土岩物理力学性质 |
| 4.3.1 含水率 |
| 4.3.2 密度 |
| 4.3.3 渗透率 |
| 4.3.4 自由膨胀率 |
| 4.3.5 热学性能 |
| 4.3.6 声波测试试验 |
| 4.3.7 单轴压缩试验研究 |
| 4.3.8 三轴压缩试验研究 |
| 4.4 钻孔工程地质特征 |
| 4.4.1 岩石裂隙研究 |
| 4.4.2 综合地球物理参数分析 |
| 4.4.3 地应力分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 拟建处置库洞室稳定性及数值模拟研究 |
| 5.1 围岩级别划分 |
| 5.2 洞室开挖基本理论 |
| 5.2.1 洞室开挖后的弹性应力状态 |
| 5.2.2 洞室开挖后的塑性应力状态 |
| 5.3 数值模拟方案 |
| 5.3.1 模拟软件简介 |
| 5.3.2 模拟工程概况 |
| 5.3.3 计算模型与边界条件 |
| 5.3.4 模型参数设置 |
| 5.4 开挖过程中稳定性变化规律 |
| 5.4.1 竖井分布开挖稳定性变化规律 |
| 5.4.2 主巷道稳定性变化规律 |
| 5.4.3 竖井-主-支洞室群稳定性变化规律 |
| 5.4.4 地应力方位对洞室群稳定性的影响研究 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 拟建处置库近场力-热顺序耦合模拟研究 |
| 6.1 拟建处置库近场环境分析 |
| 6.2 基本原理 |
| 6.3 近场力-热顺序耦合数值模拟方案 |
| 6.3.1 工程概况及数值计算模型 |
| 6.3.2 模型参数设置 |
| 6.3.3 假定、初始及边界条件 |
| 6.4 近场环境变化规律 |
| 6.4.1 温度场变化规律 |
| 6.4.2 位移场变化规律 |
| 6.4.3 应力场变化规律 |
| 6.4.4 塑性区变化规律 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 拟建处置库核素迁移研究 |
| 7.1 核素迁移情景分析 |
| 7.2 核素在黏土岩中的运移机制 |
| 7.2.1 地下水运动数学模型 |
| 7.2.2 地下水溶质数学模型 |
| 7.3 远场核素迁移数值模拟方案 |
| 7.3.1 研究区概况 |
| 7.3.2 数值计算模型 |
| 7.3.3 相关参数选取 |
| 7.4 核素迁移规律 |
| 7.4.1 地下水流场变化规律 |
| 7.4.2 不同核素迁移变化规律 |
| 7.5 本章小结 |
| 第八章 结论与展望 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
（7）复杂应力状态和环境条件下北山花岗岩损伤演化规律研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 渗流应力耦合研究现状 |
| 1.2.2 热力耦合损伤研究现状 |
| 1.2.3 岩石微观破裂机理研究现状 |
| 1.2.4 岩石耦合数值模拟研究现状 |
| 1.3 研究内容和技术路线 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 2 北山花岗岩单轴及三轴载荷下力学行为研究 |
| 2.1 研究区域概况及实验准备 |
| 2.1.1 试件制备 |
| 2.1.2 实验设备 |
| 2.2 拉伸应力状态下北山花岗岩变形破坏研究 |
| 2.2.1 实验方法 |
| 2.2.2 北山花岗岩拉伸应力状态及破坏规律 |
| 2.3 单向压缩应力状态下北山花岗岩变形破坏研究 |
| 2.3.1 实验方法 |
| 2.3.2 北山花岗岩单轴压缩应力状态及破坏规律 |
| 2.4 三向压缩应力状态下北山花岗岩变形破坏研究 |
| 2.4.1 实验方法 |
| 2.4.2 北山花岗岩常规三轴压缩应力状态及破坏规律 |
| 2.4.3 基于声发射北山花岗岩压缩过程损伤演化规律研究 |
| 2.4.4 基于声发射的三向应力状态下北山花岗岩破坏规律 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 三向循环应力状态下北山花岗岩渐进变形破坏研究 |
| 3.1 实验方法 |
| 3.2 北山花岗岩三向循环应力应变曲线研究 |
| 3.3 基于声发射三向循环应力状态下损伤特征分析 |
| 3.3.1 AE计数和事件分析 |
| 3.3.2 AE频率质心和振幅分析 |
| 3.4 基于能量演化损伤过程分析研究 |
| 3.4.1 损伤过程能量演化 |
| 3.4.2 损伤过程能量围压效应 |
| 3.5 基于声发射的三向循环应力状态下北山花岗岩破坏规律 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 考虑非均质性的北山花岗岩三轴压缩数值模拟研究 |
| 4.1 数值模拟研究方法选择 |
| 4.2 独立立方体单元数值模拟研究 |
| 4.3 考虑Weibull分布非均质性分析 |
| 4.4 北山花岗岩三轴压缩数值模拟研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 考虑渗透率演化的北山花岗岩水力耦合特征及模拟研究 |
| 5.1 渗透率测试 |
| 5.1.1 瞬态法测试渗透率原理 |
| 5.1.2 北山花岗岩渗透率测试 |
| 5.1.3 瞬态法数值模拟研究 |
| 5.2 不同初始渗透压差对瞬态法测渗透率的影响研究 |
| 5.3 北山花岗岩水力耦合实验研究 |
| 5.3.1 实验设备和实验步骤 |
| 5.3.2 水力耦合实验应力应变曲线 |
| 5.3.3 基于声发射特征参数的水力耦合损伤演化分析 |
| 5.3.4 北山花岗岩渗透率演化规律研究 |
| 5.4 北山花岗岩三轴压缩渗流模拟研究 |
| 5.4.1 单元渗透率演化研究 |
| 5.4.2 三轴压缩渗流实验模拟研究 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 北山花岗岩热力耦合损伤特征及数值模拟研究 |
| 6.1 北山花岗岩热处理损伤特征实验研究 |
| 6.1.1 试件制备及实验仪器 |
| 6.1.2 实验步骤 |
| 6.1.3 北山花岗岩热处理损伤分析 |
| 6.2 热处理后北山花岗岩变形及强度参数变化研究 |
| 6.2.1 强度变化及破坏规律研究 |
| 6.2.2 基于声发射损伤破坏规律研究 |
| 6.3 北山花岗岩热力耦合数值模拟研究 |
| 6.3.1 热物性参数随温度变化规律研究 |
| 6.3.2 力学参数随温度变化规律研究 |
| 6.3.3 热力耦合模拟研究 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（8）含施工接缝的非饱和膨润土缓冲材料热-水-力耦合过程及愈合效应（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 引言 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 非饱和土的热-水-力耦合理论发展 |
| 1.2.2 缓冲材料的热-水-力过程数值计算 |
| 1.2.3 高庙子膨润土的特性研究 |
| 1.2.4 接缝对缓冲材料性能的影响初探 |
| 1.2.5 土水特征曲线的滞回模型研究 |
| 1.3 研究思路 |
| 1.4 研究内容 |
| 1.5 创新点 |
| 2 施工接缝愈合过程的理论模型研究和验证 |
| 2.1 热-水-力耦合及溶质运移控制方程 |
| 2.1.1 传热控制方程 |
| 2.1.2 渗流控制方程 |
| 2.1.3 力学模型和本构方程 |
| 2.1.4 溶质运移控制方程 |
| 2.2 热-水-力过程理论模型验证 |
| 2.2.1 物理模型和边界条件 |
| 2.2.2 有限元软件前处理 |
| 2.2.3 计算结果与试验值对比 |
| 2.3 溶质运移理论模型验证 |
| 2.3.1 物理模型和边界条件 |
| 2.3.2 有限元软件前处理 |
| 2.3.3 计算结果与试验值对比 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 施工接缝对缓冲材料工作性能的影响 |
| 3.1 拼接砌块的热-水-力演化规律 |
| 3.1.1 物理模型和边界条件 |
| 3.1.2 干密度的演化规律 |
| 3.1.3 应力应变的演化规律 |
| 3.1.4 饱和度和渗透率的演化规律 |
| 3.1.5 温度和导热系数的演化规律 |
| 3.2 接缝设计参数对热-水迁移的影响 |
| 3.2.1 接缝类型对热-水迁移的影响 |
| 3.2.2 径向接缝数量对热-水迁移的影响 |
| 3.2.3 径向接缝宽度对热-水迁移的影响 |
| 3.2.4 砌块拼接形式对热-水迁移的影响 |
| 3.2.5 接缝和砌块干密度对热-水迁移的影响 |
| 3.3 材料干密度对应力的影响 |
| 3.4 接缝设计参数对溶质运移的影响 |
| 3.4.1 溶质运移演化规律 |
| 3.4.2 砌块拼接形式对溶质运移的影响 |
| 3.4.3 接缝和砌块干密度对溶质运移的影响 |
| 3.5 愈合效应的影响 |
| 3.5.1 愈合效应对导热的影响 |
| 3.5.2 愈合效应对渗流的影响 |
| 3.5.3 愈合效应对溶质运移的影响 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 SPH算法在膨润土热-水-蒸汽迁移问题中的应用与拓展 |
| 4.1 SPH算法简介 |
| 4.2 对传导类方程核函数的改进 |
| 4.3 算例分析验证 |
| 4.3.1 均匀介质的热传导问题验证 |
| 4.3.2 复合介质的热传导问题验证 |
| 4.4 膨润土中热-水-蒸汽迁移计算研究 |
| 4.4.1 蒸发效应对膨润土热-水迁移计算的影响 |
| 4.4.2 影响蒸发效应的因素 |
| 4.4.3 渗流对不同土体传热的影响 |
| 4.4.4 膨润土砌块/围岩的热-水-蒸汽迁移计算分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 温度驱动下干湿循环滞回现象研究 |
| 5.1 滞回模型简介 |
| 5.2 一个新滞回模型的提出 |
| 5.2.1 模型的假定 |
| 5.2.2 方程的推导 |
| 5.2.3 模型的初步验证 |
| 5.2.4 数值计算的实施过程 |
| 5.3 温度驱动下的干湿循环试验研究 |
| 5.3.1 试验材料和设备 |
| 5.3.2 试验方案 |
| 5.3.3 试验过程 |
| 5.3.4 计算参数测定 |
| 5.3.5 试验结果及分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 附录A |
| 附录B |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（10）塔木素预选区黏土岩渗流-应力耦合特性试验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外高放废物不同类型围岩的渗流-应力耦合研究进展 |
| 1.2.2 国外黏土岩渗流-应力耦合研究进展 |
| 1.2.3 国内不同性质岩石渗流-应力耦合研究进展 |
| 1.2.4 国内高放废物处置库围岩渗流-应力耦合研究进展 |
| 1.2.5 岩石渗流-应力耦合存在的问题 |
| 1.3 研究内容及技术路线 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 2 塔木素预选区黏土岩基本特征 |
| 2.1 塔木素预选区黏土岩地质成因及特点 |
| 2.2 塔木素预选区黏土岩基本物理性质试验分析 |
| 2.2.1 塔木素预选区黏土岩块体密度试验分析 |
| 2.2.2 塔木素预选区黏土岩颗粒密度试验分析 |
| 2.2.3 塔木素预选区黏土岩含水率试验分析 |
| 2.2.4 塔木素预选区黏土岩孔隙度试验分析 |
| 2.3 塔木素预选区黏土岩与国外黏土岩物理参数比较分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 塔木素预选区黏土岩力学特性试验研究 |
| 3.1 塔木素预选区黏土岩试样加工与制备 |
| 3.2 塔木素预选区黏土岩点荷载强度试验研究 |
| 3.3 塔木素预选区黏土岩单轴试验研究 |
| 3.3.1 试验设备 |
| 3.3.2 试验结果 |
| 3.4 塔木素预选区黏土岩三轴试验研究 |
| 3.5 塔木素预选区黏土岩与国外黏土岩力学参数比较分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 塔木素预选区黏土岩渗流-应力耦合特性试验研究 |
| 4.1 塔木素预选区黏土岩钻孔水力学特性 |
| 4.2 塔木素预选区黏土岩气体渗透率试验研究 |
| 4.2.1 黏土岩试样加工与制备 |
| 4.2.2 试验设备 |
| 4.2.3 试验原理和步骤 |
| 4.2.4 试验结果 |
| 4.2.5 塔木素预选区黏土岩与国外黏土岩气体渗透率比较分析 |
| 4.3 塔木素预选区黏土岩液体渗透率试验研究 |
| 4.3.1 塔木素预选区黏土岩强度范围内渗透率试验 |
| 4.3.2 塔木素预选区黏土岩全应力-应变过程渗透率试验 |
| 4.3.3 塔木素预选区黏土岩与国外黏土岩液体渗透率比较分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 岩石渗流-应力耦合基本研究方法及理论 |
| 5.1 岩石渗流-应力耦合基本研究方法 |
| 5.1.1 黏土岩渗流-应力耦合基本现场原位测试方法 |
| 5.1.2 岩石渗流-应力耦合室内实验室方法 |
| 5.2 岩石渗流-应力耦合基本方程 |
| 5.2.1 渗流-应力耦合方程的基本假设 |
| 5.2.2 岩石骨架基本方程 |
| 5.2.3 岩石渗流方程 |
| 5.3 岩石渗透性演化规律 |
| 5.3.1 渗透率与应力的关系 |
| 5.3.2 渗透率与应变的关系 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 塔木素预选区黏土岩渗流-应力耦合数值分析 |
| 6.1 数值模型计算原理 |
| 6.2 塔木素预选区黏土岩的渗流-应力耦合数值分析 |
| 6.2.1 数值模型参数选取及边界条件确定 |
| 6.2.2 塔木素预选区黏土岩不同围压和渗压下数值模拟 |
| 6.3 塔木素预选区硐室的渗流-应力耦合数值分析 |
| 6.3.1 数值模型参数选取及边界条件确定 |
| 6.3.2 塔木素预选区硐室的数值模拟 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间主要研究成果 |
四、THM Coupled Modeling in Near Field of an Assumed HLW Deep Geological Disposal Repository（论文参考文献）
- [1]非饱和膨润土的热-水-力耦合过程试验研究[D]. 王相凯. 北京交通大学, 2021(02)
- [2]高放废物处置库双层缓冲层水-热演化规律[D]. 许迅. 三峡大学, 2021
- [3]废弃矿井处置中低放核废料的迁移衰变机理数值模拟研究[D]. 吴琼. 中国矿业大学, 2021
- [4]甘肃北山预选区地下水化学演化规律及水岩作用研究[D]. 李亚楠. 核工业北京地质研究院, 2020(02)
- [5]高庙子膨润土侵蚀试验研究与机理分析[D]. 谢敬礼. 核工业北京地质研究院, 2020(02)
- [6]塔木素地区高放废物黏土岩处置库建造工程条件研究[D]. 段谟东. 中国地质大学, 2020(03)
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