甘肃北山算井子花岗岩地球化学特征、成因及对高放废物地质处置的启示

北山是中亚造山带的重要组成部分,广泛发育着花岗岩。前人对北山花岗岩开展了大量地球化学研究,但很少与高放废物地质处置相结合。本研究分析了哈尔特尔德勒、哈尔根头口布、算井子花岗岩的岩石类型,并以算井子花岗岩为例,分析其岩石成因,探讨其对高放废物地质处置的启示,得到如下结论:1)哈尔特尔德勒花岗岩是A型、南岭型花岗岩,哈尔根头口布花岗岩属于A型、浙闽型花岗岩,算井子花岗岩为未分异的Ⅰ型、埃达克型花岗岩;2)处置库围岩的Fe^(3+)/Fe^(2+)比值可能对高放废物地质处置具有重要意义;3)算井子花岗岩属于埃达克质成因,但成矿潜力微弱,甚至不能成矿,因此该地区作为高放废物地质处置库选址,符合经济性原则;4)算井子花岗岩含有较高体积分数的黑云母,对放射性核素的阻滞具有重要作用,有利于作为高放废物地质处置库围岩。

高放废物地质处置预选地段调查与适宜性研究

本项研究从高放废物安全处置的需求出发,针对我国高放废物处置库首选预选区(北山预选区)内算井子预选地段,综合运用地质—地球物理—水文地质—地球化学等研究方法获得了地质、水文地质、未来自然变化、地球化学、建造与工程、环境保护和社会经济等方面的数据和资料,评价了预选地段岩体的安全性;从工程建造和工程安全等角度论证了预选岩体的可建造性;确认了预选岩体在运输条件、土地利用、社会经济与人文等方面的可接受性。在此基础上,建立了较为完善的处置库预选地段调查与适宜性综合分析方法,并通过地段适宜性综合分析和地段内场址圈定及其安全性综合对比,在算井子地段中筛选出1个花岗岩处置库候选场址。研究成果将直接服务于我国高放废物地质处置库场址筛选和场址特性评价,对保障我国核废物安全管理和核能可持续发展具有重要的现实意义。

高放废物地质处置用低pH胶凝材料及其基本性能试验研究

pH值小于11的低pH胶凝材料是高放废物处置库建造所需的关键材料。为支撑我国北山高放废物地质处置地下实验室和未来处置库的建设,本文采用破碎溶出法,研究普通硅酸盐水泥掺入不同矿物掺合料后硬化体pH值的变化规律,得到了低pH胶凝材料的配比。通过渗透、浸泡和极限溶出试验评价了低pH胶凝材料的可靠性,借助X射线衍射和扫描电镜,结合室内试验,测定分析了其水化产物、抗压强度和流变参数,并评估了其对北山地下水环境的影响。结果表明:胶凝材料中CaO/SiO2(质量比)与硬化体pH值呈线性关系,低pH胶凝材料的基础配比为在普通硅酸盐水泥中掺入40%的硅灰,硬化体渗透水和浸泡水的pH值分别在约28 d和90 d降低至11以下,在万年尺度分解为松散颗粒时的最大pH值约为11.2,满足处置库要求。与普通硅酸盐水泥相比,低pH胶凝材料150 d水化产物中不含氢氧化钙,胶砂体28 d抗压强度更高,但相同水胶比时注浆浆液的黏稠度更大;按照水固比1∶1浸泡硬化体,浸泡水的主要离子浓度变化幅度不大,对北山地下水环境的影响更小。

高放废物地质处置库巷道掘进安全技术综述

该文介绍高放废物地质处置库的基本情况,并论述高放废物地质处置库巷道掘进过程中产生有害因素的研究现状。依据巷道掘进过程中产生的炮烟、粉尘、氡3种主要有害因素介绍掘进过程中有害因素的扩散规律,并从不同角度提出相应的应对措施。依据研究现状提出目前研究存在的不足。

中国高放废物地质处置缓冲材料大型试验台架和热-水-力-化学耦合性能研究

缓冲材料作为高放废物深地质处置库中一道重要的人工屏障,与高放废物容器和处置库围岩直接接触,在高放废物衰变热、辐射作用和地下水等影响下产生复杂的热-水-力-化学耦合作用,为了验证缓冲材料是否能长期有效地发挥其屏障材料的作用,核工业北京地质研究院利用高庙子钠基膨润土组装并运行了模拟中国高放废物地质处置室1:2尺寸的大型缓冲材料膨润土试验台架(China-Mock-Up)。建立了缓冲材料试验台架的安装和试验方法,依据实测数据和理论分析,揭示了热-水-力-化学耦合作用条件下膨润土中的相对湿度是在加热器的热效应和外部供水的湿效应共同作用下发生变化的,压实膨润土中应力的变化主要是由于膨润土遇水膨胀和加热器的热效应引起的,试验验证了模拟高放废物地质处置室内加热器(废物罐)运行初期的位移过程,为缓冲材料和高放废物地质处置库的设计提供了重要的工程参数和理论依据。

高放废物地质处置库的特点及其结构型式

总结了高放废物地质处置库在系统组成、经费投入、时间跨度、功能要求、评价目标、作用营力、影响范围、工程数量、工程布局、工程逆转和社会影响等方面有别于一般深部岩石地下工程的特点。以美国、瑞典、日本、比利时、法国的处置库概念设计为例,介绍了各国处置库的结构型式,比较了其异同点,并对我国的处置库概念设计提出了初步建议。

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。

高放废物地质处置库中非饱和缓冲层的热-水-力耦合数值模拟

作为高放废物地质处置库中的缓冲/回填材料,膨润土在核废料放出的热量和周围天然岩体中地下水共同作用下,其热-水-力耦合作用效果对处置库的稳定性、安全性有着极为重要的影响。以非饱和土多场耦合理论为基础,基于ABAQUS有限元分析平台,建立二维轴对称模型,对高放废物地质处置库中膨润土缓冲层的热-水-力耦合过程开展了有限元模拟,给出了处置库近场缓冲层中不同位置的温度、饱和度、竖向应力及位移、孔隙水压力及吸力的分布及变化规律,并重点分析了温度场的影响,通过与已有研究成果的对比,证实了所计算结果的合理性。

高放废物地质处置切缝药包定向爆破技术研究

基于切缝药包定向断裂技术,详细研究了切缝药包在巷道爆破中的爆发过程及其破坏原理;并结合高放废物地质处置爆破工程的特殊性(围岩损伤要求尽可能的小),论述了甘肃北山坑探设施BET项目,设计了切缝药包定向爆破的参数。并从理论上分析了高放废物地质处置工程定向断裂爆破岩石破坏的起裂及破坏判据,其采用动态力学参数(动抗压强度、动抗拉强度、动态弹性模量、动泊松比、动断裂韧性、动应力强度因子等)对该破坏判据进行了刻画。进一步的,在同一巷道掌子面情况下,于不同左、右帮部位置处,实施了切缝药包爆破试验,发现在采用切缝药包的右帮位置处,光面爆破效果良好,并且在切缝药包处的围岩损伤范围与爆破振动速度均较普通药包情况下的损伤范围小,验证了通过上述方法计算得到的爆破参数是合理的,切缝药包技术应用于高放废物地质处置工程是可取的。需指出的是,钻爆施工涵盖多种不同的爆破参数,影响因素众多,该文爆破试验获取的爆破数据仅仅是对切槽药包定向断裂爆破在高放废物地质处置工程的初步探索,该研究可对后续工程开挖提供相应的试验数据与理论支撑,其对于深部地下工程的爆破开挖有一定的理论指导意义。

高放废物地质处置系统核素迁移模型研究

高放废物地质处置系统核素迁移研究是高放废物安全处理和处置的重要内容。从整个系统的角度出发,把高放废物地质处置系统核素迁移过程分为三种模式:工程屏障中的释放—扩散模型;地质屏障中的对流—弥散模型和在生物圈中的分区传递模型。在分区传递模型中利用转移系数描述核素在各分区之间的迁移。通过对每种模型核素迁移机理的分析得出概化模型,并给出了相应的数学描述。

基于开源PostgreSQL & SharpMap的高放废物地质处置遥感信息管理系统的设计与开发

基于开源PostgreSQL空间数据库和SharpMap控件,设计开发了高放废物地质处置遥感信息管理系统,实现了遥感影像的打开、另存、裁剪、空间查询、可视化漫游及数据记录的增、删、改、查等多种功能,对高放废物地质处置及信息化建设具有重要的现实意义。

高放废物地质处置地学信息表述功能开发

本文以高放废物处置地学信息库系统运行环境搭建-预选区数据库建设-数据应用表述功能开发为主线,在介绍高放废物地质处置预选区地学信息库开发主要过程的基础上,利用C#与SQL语言完成了数据应用表述功能开发工作,实现了地学信息库数据的查询检索与调用展示,直接验证了前期数据库结构整体设计、系统运行环境建设和地学信息数据库建设的可行性与适宜性,为后期地学信息平台开发打下了坚实基础。

高放废物地质处置新场岩体三维地质模型构建与应用

我国高放废物地质处置经过30多年研究,已初步确定新场为地下实验室推荐场址。开展新场岩体三维地质建模研究,一方面能够充分利用已有资料准确地表达各种地质现象,直观再现地质单元的空间展布及其相互关系;另一方面可以挖掘隐含的地质信息,方便地质分析和工程决策,这在地下实验室研究阶段非常重要。在对新场已有资料综合分析和解译的基础上,建立了岩体的三维地质模型,直观地再现了新场岩体地质环境特征;并基于地质建模结果,开展了钻孔设计等工程应用,取得了较好的效果。本研究可为我国高放废物地质处置后续工作中地质分析与工程设计提供有益参考和技术支持。

大数据在高放废物地质处置中的应用研究前瞻

围绕当前及未来大数据在我国高放废物地质处置领域中的应用研究,文章旨在探讨其研究方向或内容,从而提出前瞻性的认识。具体内容包括场址无线传感器网络应用研究、现有数据库的扩展、大数据驱动的场址评价体系研究、云平台研发及大数据分析模拟研究等。

高放废物地质处置元数据设计与编辑模块开发

在对元数据的含义、作用、组成及对高放领域研究的数据内容和特点分析的基础上,对元数据编辑模块的设计进行了详细描述,并在VS2005平台下应用C#语言进行了模块的实际开发,最终实现了便于进行数据共享的XML格式存储功能。元数据编辑模块的应用将促进我国高放废物地质处置信息化工作的进一步深入。

一种适用于高放废物地质处置数据管理的多源信息分类与编码体系

综合考虑高放废物地质处置多源信息的数据特点,按照学科专题领域划分原则,同时兼顾GIS等信息技术在新兴领域中的应用,形成了一套适用于高放废物地质处置数据管理的多源信息分类与编码体系。该体系遵循相关国际或国家基础信息标准及废物处置等行业标准,同时采用面向对象程序设计与兼顾GIS分析的思想,有利于更大程度地满足核技术领域信息共享需求。

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。

高放废物地质处置新疆预选区天湖地段花岗岩的静态及动态力学特性研究

基于MTS815及SHPB装置,分别进行了高放废物地质处置新疆预选区天湖地段花岗岩的静态及动态力学特性试验。针对该区域的钻孔花岗岩岩芯,开展了一系列的静态拉伸、静态单轴压缩、动态拉伸、动态压缩,以及一维动静组合拉伸加载试验。特别是,该批次试验所用岩芯均取自同一深度处(深度360 m左右)的花岗岩,所获得的对比与分析结果对于同一岩石力学特性研究更有代表性意义。测试结果显示:该花岗岩的静态拉伸强度约为11.75 MPa,单轴压缩强度约为175 MPa。单轴压缩强度约为抗拉强度的14倍。在加载率为0.34×10~6~0.51×10~6MPa/s时,其动态拉伸强度约为25~35 MPa。在应变率为80~160 s^(-1)时,其动态压缩强度测试值区间为138~208 MPa。并且随着加载率或应变率的提高,无论是动态拉伸强度特性或动态压缩强度特性均随之增大,这说明了花岗岩的率相关加载效应特性。进一步的实施了该花岗岩的一维动静组合拉伸加载试验,发现随着轴向静压的增大,岩石的抗冲击强度呈现出先增大后减小的趋势。大约在静载抗拉强度的50%时,抗冲击拉伸强度达到最大值,随后平缓减小。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,最大可达到静载拉伸强度的3倍,抗冲击拉伸动载的1.5倍。同时,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。综上表明,该地段试验深度处的钻孔岩芯,其力学特性较为稳定,从工程建造角度而言,可作为高放废物地质处置的一个参考预选地段。但试验获取数据尚未充足,需通过不同钻孔以及不同深度处岩石的动、静力学特性试验及渗透试验、地应力测试等其它试验项目,进一步深入研究其在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等力学特性。该研究的试验数据与理论可支撑于深部地下工程的爆破开挖及高放废物的深地质处置。

高放废物地质处置库花岗岩体预选研究

简要介绍了应用遥感技术结合地质研究,优选高放废物地质处置库花岗岩体的思路和方法。以北山外围地区为例,通过遥感数据处理,遥感影像解译,岩体地质特征分析,岩体预选准则的建立,在野外勘查的基础上,预选了若干有利的花岗岩体。为优选高放废物地质处置库场址提供决策依据。

高放废物地质处置地下实验室施工风险评价

高放废物地质处置地下实验室作为开发和验证高放废物地质处置技术、评价场址适宜性的地下研究设施,在高放废物地质处置中起着至关重要的作用。为保证地下实验室施工安全,对其施工风险进行分析评价具有十分重要的理论意义和工程应用价值。故障树分析和层次分析是工程风险评估中重要的分析方法,本文将故障树的结构重要度与层次分析法中的权重相结合,首先辨识出地下实验室施工风险因子,然后建立故障树模型,再将故障树的结构重要度计算结果引入层次分析法判断矩阵的构建中,最后提出基于故障树模型的层次分析法。将该方法应用于评价甘肃北山我国首座高放废物地质处置地下实验室的施工风险,获得了地下实验室施工期风险的权重分布玫瑰云图,提出了对保证地下实验室施工安全具有指导性的建议和结论。