压力溶解对颗粒聚集岩体中热-水-应力耦合影响的数值模拟

在自主研制的孔隙介质热-水-应力耦合有限元程序中引入Taron等提出的颗粒聚集体的压力溶解模型，针对一个假设的实验室尺度且位于非饱和石英颗粒聚集岩体中的高放废物地质处置模型，拟定两种计算工况：（1）孔隙率和渗透系数是压力溶解的函数；（2）孔隙率和渗透系数均为常数，进行4a处置时段的数值模拟，考察了岩体中的温度、颗粒界面水膜及孔隙中的溶质浓度、迁移和沉淀质量、孔隙率及渗透系数、孔隙水压力、地下水流速和应力的变化、分布情况。研究结果表明：工况1计算终了时，压力溶解使得孔隙率和渗透系数分别下降到初始值的43％-54％、4．4％～9．1％。在核废料释热温度场的作用下，工况1、2中的负孔隙水压力分别为初始值的1．00～1．25倍、1．00～1．10倍，前者表现了压力溶解的明显影响；两种工况的岩体中的应力量值及分布基本相同。

压力溶解对颗粒聚集岩体中热-水-应力耦合作用的弹塑性有限元分析

将Taron等提出的颗粒聚集体的压力溶解模型引入笔者所研制的孔隙介质热-水-应力耦合有限元程序中,并使用摩尔-库仑准则,针对一个假设的实验室尺度且位于饱和石英颗粒聚集岩体中的高放废物地质处置库模型,拟定弹性分析和弹塑性分析两种计算工况,进行4 a处置时段的数值模拟,考察了岩体中的温度、颗粒界面水膜及孔隙中的溶质浓度、迁移和沉淀质量、孔隙率及渗透系数、孔隙水压力、地下水流速和应力及塑性区的变化、分布情况。结果主要显示:弹塑性分析中由于应力调整和增大了分子扩散系数,使得塑性区的颗粒介质的溶解、迁移和沉淀有明显的变化,并对渗流场(孔隙水压力及流速)和应力场产生显著的影响。但两种工况弹性区中的颗粒介质的溶解、迁移和沉淀差别较小。

存在边界流时压力溶解对颗粒聚集岩体中THM耦合作用的有限元模拟

在孔隙介质热-水-应力耦合有限元程序中引入颗粒聚集体的压力溶解模型,针对一个假设的实验室尺度且位于饱和石英颗粒聚集岩体中的高放废物地质处置库,拟定2种计算工况即边界上水压力相同(工况1)和左、右边界上水压力有较大的差别(工况2),进行4 a处置时段的数值模拟,考察岩体中的温度、颗粒界面水膜及孔隙中的溶质浓度、迁移和沉淀质量、孔隙率及渗透系数、孔隙水压力、地下水流速和应力的变化、分布情况。研究结果表明:与工况1相比,工况2的计算域中有较大的地下水流速(稳态流量Qss),可促进颗粒介质的溶解、迁移和沉淀,使得孔隙率和渗透系数加快下降,从而对渗流场(孔隙水的压力及流速)和应力场产生显著的影响。