核廢料處置庫巷道襯砌熱力耦合試驗與模擬研究.pdf

1、隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，核能的利用越來越廣泛，同時也產(chǎn)生了大量的核廢料。核廢料合理安全的處置也成為了全世界研究的重點。建造地下處置庫進(jìn)行地質(zhì)處理已經(jīng)被全世界認(rèn)為是最為合理的處理方法。
　　水泥基材料作為核廢料處置庫建設(shè)的重要材料，在核廢料地下處置庫巷道襯砌的設(shè)計建造當(dāng)中，不僅要起到巷道支護(hù)的作用，還要有較低的滲透性作為核廢料和巖石之間的人工屏障。當(dāng)處置庫運行后，一方面巷道襯砌受到地應(yīng)力的作用；另一方面核廢料中的放射性元素，在處置的

2、過程中將會放出大量的熱量，使處置庫巷道襯砌產(chǎn)生溫度應(yīng)力。這樣巷道襯砌受到溫度場和應(yīng)力場的相互作用，產(chǎn)生非常復(fù)雜的熱力耦合問題。從而影響處置庫的永久性和穩(wěn)定性，所以有必要對核廢料處置庫巷道襯砌所采用的水泥基材料進(jìn)行熱力耦合的特性研究。
　　本文采用試驗和有限元模擬的方法，對處置庫巷道襯砌水泥基材料在熱力耦合作用下的特性進(jìn)行了研究，研究和分析的主要內(nèi)容包括下列幾項：
　?。?）利用熱傳導(dǎo)理論對水泥基材料的溫度場及應(yīng)力場進(jìn)行了理論

3、分析和基本方程的推導(dǎo)。
　　（2）制作了水灰比為0.4、0.45和0.5三組砂漿試樣，通過試驗得到三組試樣的熱學(xué)參數(shù)，包括：密度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容和膨脹系數(shù)。通過單軸壓縮試驗和常規(guī)三軸壓縮試驗，得到三組試樣的力學(xué)參數(shù)，包括：彈性模量、泊松比、粘聚力以及內(nèi)摩擦角，并比較和分析了不同水灰比對其熱力學(xué)參數(shù)的影響和變化規(guī)律?？梢缘贸鲭S著水灰比的增大，試樣密度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、彈性模量、泊松比和粘聚力都在減小，與水灰比呈負(fù)相關(guān)；只有膨脹系

4、數(shù)在增大，與水灰比呈正相關(guān)；內(nèi)摩擦角基本不變，都在39°左右。
　?。?）通過有限元軟件Abaqus進(jìn)行數(shù)值模擬，建立核廢料處置庫模型，選取了合理的熱力耦合分析方法。將試驗得到的三種水灰比的熱力學(xué)參數(shù)分別代入到模型中，對處置庫三種水灰比巷道襯砌的溫度場和耦合場進(jìn)行了數(shù)值模擬并分析其變化規(guī)律。研究得出：水灰比的變化對其溫度場的影響不大，對耦合場的影響較大。水灰比為0.4的巷道襯砌的初始應(yīng)力值、應(yīng)力隨時間增長的速率、應(yīng)力峰值以及處置1