北山花岗岩三轴压缩条件下声发射特性研究

对高放废物地质处置库甘肃北山预选区新场岩体深部花岗岩进行三轴压缩破坏过程声发射监测,研究在不同围压条件下花岗岩的强度特性和破坏机理,探究其在变形破坏过程中的声发射参数变化规律,得出岩石破裂各个阶段的声发射规律及其应力水平,获得裂隙初始应力、裂隙损伤应力和峰值应力的强度包络线,为进一步建立工程岩体的强度准则创造前提条件,为工程稳定性数值模拟分析提供必要的力学参数与计算模型。

高放废物处置北山预选区地表岩体结构与岩体质量相关性及其应用研究

岩体工程质量是影响高放废物地质处置(HLW)工程长期稳定性和安全性的关键因素,也是处置库场址比选的重要依据。在地表岩体节理调查统计的基础上,采用RMR(relative metabolic rate)分级方案,探讨北山高放废物处置预选区内以花岗岩为主体围岩的岩体质量与岩体结构的对应特征,建立结构面间距D与RMR岩体质量总评分值之间的定量关系,对北山预选区芨芨槽地表岩体质量分布进行研究。研究结果表明,RMR与D值的点群分布具有扇形发散的正相关特征,随D值的增大,RMR亦呈增长趋势,但低级序岩体结构与岩体质量比高级序岩体表现出更好的对应关系。研究认为,选用RMR与D的点群中心线对应的线性方程评价花岗岩候选区的岩体质量可达到快速评价岩体质量、查明各级岩体空间分布特征的目的,同时也便于对不同候选场区进行大范围岩体质量对比。分析结果显示,北山芨芨槽预选地段BS16钻孔周边3 km2范围内主要以Ⅰ、Ⅱ级岩体为主,岩体质量总体较好且分布相对较为均匀。

甘肃北山预选区旧井地段断裂的分形特征——中国高放废物处置的潜在场址

以甘肃北山旧井地段的断裂为研究对象,对其进行了分形特征研究。在对该区的TM遥感影像进行线性构造解译的基础上,利用线性构造分布图,使用Box Flex方法,计算了旧井地段断裂的分维值,结果表明,旧井地段断裂具有分形特征,且分维值为1．466,在工程岩体质量分级中属于“好”的级别。通过此项研究,初步建立了旧井地段断裂分形特征的研究方法,评价了该地段花岗岩的岩体工程质量,为高放废物处置库的选址和场址评价提供了基础资料。

高放废物地质处置岩体工程质量评价系统开发与应用

从岩体工程质量评价理论和技术方法出发,结合我国高放废物地质处置工程特点,建立了高放废物地质处置岩体工程质量评价系统,初步实现了信息存储与调用、数据录入与校正,以及岩体工程质量评价等功能,并对北山预选区BS15号钻孔数据进行了初步分析与评价。研究结果表明,该系统具有良好的工程应用前景。

综合钻孔测量技术在导水构造水文地质特征评价中的应用

导水构造水文地质特征评价是高放废物地质处置系统场址选取和评价研究的重要任务。钻孔雷达测量可以提供断裂构造在岩体中横向的延展特征。钻孔声波电视测量可以获得钻孔孔壁360°连续图像。从这些图像上可以解译出岩性特征、结构面的走向和相互关系等信息。多参数水化学测井直接获得深部环境地下水水化学数据和垂向变化特征。双栓塞压水试验技术可以分段测量钻孔揭露岩体的渗透参数。任何单一的钻孔测量技术都不能准确、完整地描述导水构造的特征。综合钻孔测量技术将单一的钻孔测量技术有机结合起来,综合分析所获得的数据,既发挥综合效应,各类数据又可以相互验证,提高数据的可靠性。将综合钻孔测量技术应用于高放废物地质处置系统场址预选和评价研究中,以甘肃北山预选区3#(BS03)钻孔为例,建立导水构造的水文地质特征模型。

高分辨率声波钻孔电视及其在核废物地质处置深部岩体研究中的应用

声波钻孔电视测量是最早能获得钻孔直观图像的地球物理测井方法,新一代声波钻孔电视探头采用了先进的声波束聚焦技术、数字记录技术和数字化数据处理技术,具有精度高、分辨率高和测井速度快等特点。在高放废物深地质处置库场址预选和场址评价研究中,深部岩体的节理裂隙特征参数是场址性能评价的基础数据之一。利用高分辨率声波钻孔电视测井技术,可获得钻孔孔壁直观图像和孔壁各点的三维磁坐标和倾斜坐标参数。利用这些参数,计算钻孔的偏移量、进行钻孔裂隙统计分析、岩芯定向排列和评价局部范围内深部岩体节理裂隙和断裂构造的延伸特征等。声波钻孔电视是一种方便、快捷、精度高的深部岩体裂隙测量工具。

高放废物处置库北山预选区地下水同位素组成特征及其意义

在高放废物处置库选址中,场地水文地质条件的认识极为重要,因为任何从处置库释放出来的放射性物质都将通过地下水搬运向人类生存环境或生物圈迁移。甘肃北山地区是我国高放废物处置库的重要预选区之一,位于我国西北甘肃省西北部。为了认识预选区的水文地质条件,从水文地质角度评价其作为高放废物处置库场地的适宜性,在过去的10a,在该区开展了同位素水文地质调查工作。野外调查和氢、氧稳定同位素分析结果表明,研究区地下水主要源自大气降水补给。浅部地下水主要由现代区内降水补给形成,而深部地下水则可能由地质历史时期降水补给形成;浅部地下水系统具有相对开放性特征,水循环交替能力较强,而深部地下水系统具有相对封闭性特征,水循环交替能力较弱。

高放废物处置库甘肃北山预选区地下水的形成

在高放废物处置库场地选择和性能评价中,水文地质特征是最重要的因素之一,地下水的形成则是水文地质研究中的首要问题。在水文地质、地下水化学、同位素、CFC、地下水动态等资料综合分析的基础上,探讨了高放废物处置库甘肃北山预选区地下水的形成问题。研究结果表明,北山地区地下水以赋存于变质岩、岩浆岩、碎屑岩、碳酸岩节理、裂隙中的基岩裂隙潜水为主,地下水化学成分具有明显的水平分带性特征,地下水动态类型主要为入渗—蒸发—径流型,结合地下水同位素和CFC特征,认为区内地下水主要由当地大气降水入渗补给形成。浅部地下水主要由现代区内降水补给形成,而深部地下水则可能由地质历史时期降水补给形成。

甘肃北山-河西走廊-祁连山区域地下水循环模式

山区地下水流动受到区域气候条件、地形地貌、地质构造等因素共同控制,限于资料有限,其流动模式与控制机理尚不清晰。特别是地处甘肃北山的高放废物地质处置库预选区、河西走廊以及祁连山北麓区域地下水的流动模式,直接决定了处置库在万年时间尺度上的安全性。基于区域遥感构造解译、地质构造演化分析、地球物理勘探以及水文地质钻探,获取了典型剖面的水文地质结构与渗透特征;综合区域水文地质调查、水文地球化学与同位素特征数据,构建了甘肃北山-河西走廊-祁连山山区的水文循环概念模型;并通过构建区域地下水流动数值模型与多情景模拟,分析了甘肃北山-河西走廊-祁连山山区的地下水流动模式。结果表明,地形对于该地区的地下水流动模式具有主控作用,祁连山山区地下水难以越过海拔最低的河西走廊至北山山区排泄,河西走廊是祁连山山区地下水系统与北山山区地下水系统的边界;北山山区地下水在地形与岩性的控制下,仅发育局部流动系统且渗流速度缓慢。同时由于该地区地质构造的阻滞作用,北山新场地下水无法径直向南穿越构造向花海盆地排泄,渗流路径长度明显增加;仅有F;断裂构造以南山前地带地下水可向花海盆地排泄,但由于集水流域有限、渗流速度缓慢、循环交替能力差,排泄量较小。本研究探究了山区-盆地地下水循环模式,为高放废物地质处置库候选场址的适宜性评价提供了科学依据。

高放废物处置库甘肃北山预选区地下水位动态特征

阐明了甘肃北山预选区地下水位动态特征及其与当地大气降水的关系,并对其动态类型进行了剖析,由此得出北山地区地下水源自当地大气降水补给的认识。为处置库预选区场址评价提供了水文地质依据。

高放废物处置库野马泉预选地段地下水铀存在形式及迁移特征

甘肃北山野马泉地区是我国高放废物处置库预选场址之一。本文以该预选场址为例,在地下水铀、钍含量及其同位素比值测试、分析基础上,计算了铀存在形式。结果表明,地下水中的铀主要以U(OH)4(aq)形式存在。探讨了铀的迁移特征,认为在当地的地质、水文地质等环境条件下,铀的迁移能力很低。

高放废物地质处置库北山预选区地下水的形成和分布

本文论述北山地区不同类型地下水的形成和赋存规律。松散岩类孔隙水主要分布于沟谷和洼地,主要为潜水。沟谷潜水的形成以基岩裂隙水的侧向补给及洪流渗漏补给为主,洼地潜水可由沟谷潜水、断裂带或基岩裂隙水、古洪积扇潜水侧向补给,也可由地表洪流渗入补给;碎屑岩类孔隙裂隙水主要分布在由白垩系或第三系砂砾石构成的山间沉积盆地中,以承压水为主,洪水下渗和盆地周围基岩裂隙水的侧向径流是此类地下水的主要补给来源;基岩裂隙水主要赋存于变质岩、岩浆岩、碎屑岩、碳酸盐岩节理、裂隙中,以潜水为主。降水垂直渗入、侧向补给或洪流渗漏补给为其主要来源。

高放废物处置库甘肃北山预选区综合水文地质研究

在野外水文地质调查基础上,开展了北山地区地下水系统特征、岩体渗透性能、地下水动态、水文地球化学、地下水同位素、地下水CFC以及地下水流场模拟等综合性水文地质研究。依据大量资料的科学分析,综合论述了研究区水文地质条件、地下水循环交替特征、地下水化学特征和动力学特征,并对北山地区作为高放废物处置库场址预选区的适宜性进行了评价。通过这些工作,不仅为我国高放废物地质处置库选址建立了系统的水文地质研究和评价方法,也为在该区筛选最适宜的高放废物处置库场址提供了重要的水文地质依据。

高放废物处置库甘肃北山预选区地下水资源的分布和形成

通过野外调查及钻孔水文地质资料分析,结合地下水同位素等相关资料,阐明了研究区地下水资源的分布和形成特征。研究结果说明,北山地区地下水以3种形式分布,即山地基岩裂隙水、沟谷洼地孔隙-裂隙水和盆地孔隙-裂隙水。其中,山地基岩裂隙水分布最广,但含水量差异大,分布不均匀,循环交替能力弱,为低渗透、弱含水类型;沟谷洼地孔隙-裂隙水分布局限,含水量差异小,循环交替能力较强,为北山地区高渗透、强含水类型;盆地孔隙-裂隙水分布局限,含水量差异小,循环交替能力中等,为北山地区渗透性、含水性中等类型。北山地区降水相对集中的特点易于形成地表径流和积水,对补给地下水相对有利。区内地下水主要接受当地大气降水入渗补给,补给的主要过程是降水形成地表径流,首先补给沟谷洼地潜水,之后通过侧向径流方式补给基岩地下水,形成了北山干旱地区的地下水资源。

新疆天湖花岗岩的一维动静组合拉伸特性研究

基于SHPB装置,设计了岩石动静组合加载试验系统。根据SHPB装置的理论基础,即弹性杆中一维应力波传递及试件应力均匀化,系统阐述了基于SHPB装置岩石在动静组合加载下的适用性,并针对高放废物地质处置新疆预选区天湖地段的钻孔花岗岩岩芯,开展了一系列的动静组合加载试验。动静组合拉伸加载下,随着轴向静压的增大,岩石的抗冲击强度呈现出先增大的趋势。大约在静载抗拉强度的50%时,抗冲击拉伸强度达到最大值。并且,随着轴向静压的增大,岩石的动静组合拉伸强度亦随之快速增大,最大可达到静载强度的3倍,抗冲击动载的1.5倍。试验结果表明,在冲击破坏情况下,岩石组合加载破坏模式呈现拉伸破坏,与静态拉伸破坏及一般冲击下的劈裂破坏特征基本一致。通过系列的动静组合拉伸加载,能够得到不同轴向静压及不同冲击动载下,岩石承受的临界动载荷值,进而可以确定一个施加动载荷大小的安全范围,这对于深部地下工程的爆破开挖,具有一定的理论指导意义。

高放废物处置库选址中的水文地质特性评价

根据国内外研究经验,综述高放废物地质处置库选址不同研究阶段水文地质特性评价的方法和作用,并将评价方法分为区域、地区和场址3个阶段水文地质调查来讨论。同时,介绍了我国高放废物地质处置场地水文地质特性评价研究现状。

我国高放废物地质处置信息化建设框架构想

在总结高放废物地质处置信息化发展历程和未来科研生产的实际需求的基础上,结合快速发展的信息技术与不断创新的科研手段,提出了基于新一代信息技术环境下的高放信息化建设框架、标准体系建设、基础网络平台建设、应用系统建设和信息安全等方面内容,着重阐述了大数据、云计算、互联网+、物联网、APP等新技术应用。

铀矿床作为高放废物处置库天然类似物的国内外研究进展

铀矿床具有目前国际上开发的高放废物深地质处置概念的相似特征,对其开展天然类比研究,是认识核素在地质环境中迁移行为的一种有效方法。本文阐述了高放废物深地质处置库天然类似物的一般概念及天然类比研究拟解决的科学问题。重点介绍了30年来国内外在天然类比研究中取得的主要成果、认识以及国内外研究进展。

北山地区风化裂隙水分布特征和富集规律

北山地区是我国严重干旱缺水地区之一。区内基岩分布面积高达70%以上,是重要的裂隙含水介质。风化裂隙水分布广泛,单井涌水量一般小于20 m3·d-1。风化裂隙水的富集主要取决于岩性、地形和构造条件的组合。岩性和构造是风化裂隙水富集的基本条件,地形是控制补给和富集的重要因素。

高放废物处置库野马泉预选场址地下水放射性同位素特征

甘肃北山野马泉地区是我国高放废物处置库预选场址之一。文章阐述高放废物处置库天然类比研究的主要内容,并阐述类比研究中涉及的地球化学问题。以野马泉岩体为例,研究地下水铀、钍含量及放射性特征、铀同位素特征。初步认为,在当地的地质、水文地质等环境条件下,铀的迁移能力有限,迁移距离较小。这一认识为预选场址评价提供了重要的信息和依据。