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数值模拟在高放废物处置中的应用:放射性核素迁移机制及其影响因素
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作者 段先哲 毕文婷 +6 位作者 李南 豆佳乐 邵冰清 汪佳伟 吴鹏 黄欢 唐振平 《化工进展》 北大核心 2025年第9期5391-5405,共15页
核能的开发与利用产生大量高放废物,这些废物具有强放射性、高毒性、热量显著并且半衰期长,很难用传统的物理、化学、生物手段有效去除。目前,深地质处置被广泛认为是高放废物最有效的处理方案,其安全评估的关键在于深入研究放射性核素... 核能的开发与利用产生大量高放废物,这些废物具有强放射性、高毒性、热量显著并且半衰期长,很难用传统的物理、化学、生物手段有效去除。目前,深地质处置被广泛认为是高放废物最有效的处理方案,其安全评估的关键在于深入研究放射性核素在地下水中的迁移行为。近年来,数值模拟技术与高放废物处置不断深入结合,以计算机驱动的数值模拟在高放废物处置核素迁移领域取得了巨大进展。本研究通过广泛的文献调研,介绍了高放废物处置中核素迁移的机制与过程,回顾了该领域的数值模拟研究经验,并归纳总结了核素迁移的影响因素,同时对未来高放废物地质处置中核素迁移研究的发展方向提出了展望。研究结果表明,核素迁移模型的选择应综合考虑研究区域的规模和裂隙发育程度;核素的形态与性质是决定核素迁移行为的关键因素,而岩石裂隙网络、胶体存在、地下水成分等因素会显著影响核素的迁移路径和速率。尽管取得了显著进展,数值模拟在实际应用中仍面临诸多挑战,如精确模拟多尺度、多相流动,处理复杂地质结构和异质性材料等。此外,模型验证和不确定性分析也是亟待解决的重要问题。未来研究应着力优化数值模型,提高模拟精度,推动多学科交叉研究,以更好地应对高放废物处置中核素迁移的复杂性和不确定性。 展开更多
关键词 高放废物 深地质处置 数值模拟 放射性核素迁移 安全评价 地下水环境
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高放废物深地质处置中的多场耦合与核素迁移 被引量:25
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作者 罗嗣海 钱七虎 +1 位作者 李金轩 周文斌 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第S1期264-270,共7页
概括了深地下工程的深地质处置库的若干特点,简要介绍了多场耦合的机理与类型,论述了高放废物深地质处置多场耦合与核素迁移问题的特点及研究现状,最后提出了高放废物深地质处置多场耦合与核素迁移所需研究的主要问题。
关键词 高放废物 深地质处置 多场耦合 核素迁移
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高放废物处置库缓冲材料气体渗透特性研究 被引量:5
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作者 高玉峰 刘月妙 +2 位作者 谢敬礼 曹胜飞 马利科 《中国矿业》 北大核心 2018年第5期158-163,共6页
研究压实膨润土气体渗透特性,可为缓冲材料稳定性分析和长期安全评价提供关键参数,进而为高放废物地质处置库的建设提供依据。针对不同压实干密度的高庙子膨润土,开展了不同加载气压围压条件下的气体渗透试验研究,结果表明:气体渗透系... 研究压实膨润土气体渗透特性,可为缓冲材料稳定性分析和长期安全评价提供关键参数,进而为高放废物地质处置库的建设提供依据。针对不同压实干密度的高庙子膨润土,开展了不同加载气压围压条件下的气体渗透试验研究,结果表明:气体渗透系数与压实干密度存在二次函数负相关关系,干密度由1.4g/cm3增大到1.8g/cm3,其气体渗透系数从10-15 m2逐渐减小到10-17 m2;气体渗透性与加载气压围压也存在一定关系,一定加载气压围压比条件下,随加载围压增大,气体渗透系数变化逐渐变小至趋向稳定;针对Φ50mm×100mm、压实干密度1.4~1.8g/cm3的试样,测试大于200kPa气压值的气体渗透系数时,推荐气压围压比采用1∶3。 展开更多
关键词 高放废物地质处置 高庙子膨润土 气体渗透系数 干密度 加载气压围压
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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 被引量:2
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作者 满轲 刘晓丽 +3 位作者 宫凤强 马洪素 陈振鸣 王驹 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2017年第17期146-156,共11页
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... 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。 展开更多
关键词 高放废物地质处置 岩石力学 静力学加载 动力学加载 动静组合加载
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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 被引量:1
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作者 宗自华 陈亮 +3 位作者 陈强 魏云杰 王锡勇 王驹 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第S1期279-284,292,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 高放废物地质处置 岩体质量 场址比选
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地下实验室——高放废物地质处置的重要研究设施 被引量:7
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作者 罗上庚 《辐射防护》 CAS CSCD 北大核心 2003年第6期366-371,共6页
本文介绍了地下实验室的分类和国际发展现状、它在建设高放废物、长寿命核素废物地质处置库中的重要作用、它的建设和运行投资 。
关键词 地下实验室 放射性废物处置 安全评价 地质处置
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高放废物处置地下实验室建设期风险接受准则 被引量:6
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作者 仝跃 黄宏伟 +3 位作者 张东明 陈亮 李彦杰 张恺锐 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期151-156,共6页
为了开展高放废物(HLW)处置地下实验室(URL)建设施工阶段的安全风险管理,建立相应的风险接受准则。根据URL工程建设施工阶段不确定性因素众多、社会敏感性强等特点,考虑现有风险相关规范、标准应用的局限性,在借鉴既有相关风险接受准则... 为了开展高放废物(HLW)处置地下实验室(URL)建设施工阶段的安全风险管理,建立相应的风险接受准则。根据URL工程建设施工阶段不确定性因素众多、社会敏感性强等特点,考虑现有风险相关规范、标准应用的局限性,在借鉴既有相关风险接受准则的研究成果及确定方法的基础上,结合专家调研方法,从人员伤亡、经济损失、工期延误、社会影响、环境影响5个方面初步建立基于最低合理可行(ALARP)准则的风险接受准则。研究对比发现,所建各准则均可被连续量化,且相比于现有风险接受准则,部分标准更加严格,符合URL建设施工阶段安全风险管控的目标。 展开更多
关键词 高放废物(hlw)处置 地下实验室(URL) 最低合理可行(ALARP)准则 信心指数 风险接受准则
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高放废物深地质处置地下水数值模拟应用综述 被引量:9
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作者 李露露 张秋兰 +3 位作者 李星宇 张璜 崔亚莉 邵景力 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期43-53,共11页
开展地下水数值模拟研究是高放废物处置场地安全评价的重要组成部分,然而深地质处置介质类型的复杂性、基岩深部资料的相对匮乏性导致模拟结果存在不确定性,如何刻画深部地下水动力场并评估可能引起的风险已成为高放废物处置安全评价中... 开展地下水数值模拟研究是高放废物处置场地安全评价的重要组成部分,然而深地质处置介质类型的复杂性、基岩深部资料的相对匮乏性导致模拟结果存在不确定性,如何刻画深部地下水动力场并评估可能引起的风险已成为高放废物处置安全评价中重点关注的问题。在大量文献调研的基础上,综述了世界典型国家高放废物深地质处置场地的地下水数值模拟与不确定性分析应用,并归纳总结该领域研究经验,得到以下认识:(1)深地质处置场深部构造、裂隙的发育与展布决定了地下水循环条件,探究适用于基岩裂隙地区新的水文地质试验方法是提高地下水数值模型仿真性的基础;(2)不同尺度模型融合是解决深地质处置地下水模拟的有效技术方法,区域尺度多采用等效连续介质法,场地尺度使用等效连续多孔介质和离散裂隙网络耦合模型,处置库尺度使用离散裂隙网络方法,其次需重点关注未来大时间尺度下放射性核素在地质体中的迁移转化规律,模拟预测场址区域地下水环境长期循环演变对核素迁移的潜在影响;(3)考虑到不同的处置层主岩岩性以及在多介质中发生的THMC(温度场—渗流场—应力场—化学场)过程,目前国内外常用的地下水模拟软件有:Porflow、Modflow、GMS及MT3DMS等用于模拟孔隙或等效连续介质,Connectflow、Feflow及FracMan等用于模拟地下水和核素在结晶岩、花岗岩等裂隙中的迁移,TOUGH系列软件主要应用于双重介质的水流、溶质及热运移模拟;(4)指导开展有针对性的模型和参数的不确定性分析工作,减少投入工作量,提高模型精度,并可针对处置库长期演变、废物罐失效、极端降雨等多情景预测模拟,为处置库安全评价及设计提供基础数据支撑;(5)针对我国深地质处置地下水数值模拟研究现状,下一步应加强区域地质、水文地质、裂隙测量以及现场试验等相关的调查及监测工作,多介质耦合、多场耦合模拟及不确定性分析研究将会是未来的研究重点。 展开更多
关键词 高放废物深地质处置 地下水数值模拟 核素迁移 安全评价 深部地下水动力场 风险
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高放废物深地质处置地下水流数值模拟方法研究进展 被引量:4
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作者 李露露 周志超 +2 位作者 邵景力 崔亚莉 赵敬波 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期13-23,共11页
地下水流数值模型不仅是认识深部水动力场形成演化机制的有效工具,也是建立核素迁移数值模型的基础,因而是高放废物处置场选址和安全评价中重要的技术手段。高放废物深地质处置地下水流数值模拟方法较多,如何选择适当的方法也是值得关... 地下水流数值模型不仅是认识深部水动力场形成演化机制的有效工具,也是建立核素迁移数值模型的基础,因而是高放废物处置场选址和安全评价中重要的技术手段。高放废物深地质处置地下水流数值模拟方法较多,如何选择适当的方法也是值得关注的问题。针对高放废物深地质处置地下水流数值模拟技术展开研究,通过阅读大量国内外文献,文章系统阐述了目前常用的4类地下水流数值模拟方法的研究进展、适用条件和实例应用;综述了深地质处置中常用的模型不确定性分析方法及研究成果,列表给出了适用于放射性废物地质处置的地下水流数值模拟软件及其在废物处置选择和安全评价中的应用。研究结果表明:等效连续介质模型适用于大区域、长序列、裂隙发育程度较高或较均匀的地区,该类模型方法成熟、所需的数据和参数易于获得,但是不能精确刻画裂隙介质中地下水的流动特征。离散裂隙网络模型适合解决处置场地、储罐尺度等需要精细刻画的地下水流问题,但由于需要大量裂隙及其连通性数据、相关参数等,该方法存在着工作量大、耗时多的缺点。双重介质模型主要用于解决区域尺度裂隙水流问题,但并不能表现出裂隙介质的各向异性、不连续性等特征,因而适用范围存在一定的限制。等效-离散耦合模型可以通过区域分解法对裂隙密度大的区域采用等效连续介质模型,对于裂隙密度较小的地区采用离散裂隙网络模型,从而更符合一般地质条件下裂隙渗流的特征,但也存在交换量难以确定、模型耦合技术问题。通过灵敏度分析,将不同敏感因子对模型敏感指标的影响程度进行排序,提高模型精度、减少参数不确定性分析的工作量。蒙特卡罗法是目前常用的一种模型不确定性方法,原理简单、易于实现。文章展望了数值模型在仿真性、不确定性分析、预测和多介质耦合等方面的研究前景。 展开更多
关键词 高放废物深地质处置 含水介质 地下水流数值模拟 不确定性分析 模拟软件
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高放废物地质处置的安全评价模拟研究:以甘肃北山为例 被引量:4
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作者 段先哲 牛苏娟 +5 位作者 王灿州 王驹 周志超 凌辉 唐振平 李南 《中国矿业》 2021年第4期56-63,共8页
高放废物安全处置是全球放射性废物管理的重难点问题之一。目前全球拥有核工业的国家正在积极探索安全处置高放废物的前沿课题,但至今尚无高放废物处置库投入运行。我国北山高放废物地质处置地下实验室即将开工建设,因此亟需开展相关安... 高放废物安全处置是全球放射性废物管理的重难点问题之一。目前全球拥有核工业的国家正在积极探索安全处置高放废物的前沿课题,但至今尚无高放废物处置库投入运行。我国北山高放废物地质处置地下实验室即将开工建设,因此亟需开展相关安全评价研究,为今后处置库安全评价打下良好基础。本文论述了高放废物地质处置库安全评价的特性,并以处置库首选预选区甘肃北山为对象,开展了高放废物地质处置安全评价模拟研究,旨在为我国高放废物地质处置安全评价提供建议与参考。本文采用蒙特卡罗随机模拟方法,构建了处置库关闭后的破损情景,对拟贮存60 000个废物罐的处置库关闭后100万年期间的辐射水平进行了模拟计算。研究结果表明,甘肃北山处置库100万年内的高放废物有效剂量均低于国际要求的剂量限值,表明该处置库符合高放废物地质处置库的安全要求。本文对于我国甘肃北山高放废物地质处置安全评价的进一步研究具有重要意义。 展开更多
关键词 高放废物 地质处置 安全评价 甘肃北山
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Influence of Heating and Water Exposure on Liquid Limit of Bentonite
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作者 Yuemiao Liu Beijing Research Institute of Uranium Geology,Beijing 100029,China. 《地学前缘》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第S1期187-187,共1页
Bentonite has been considered as the buffer material for embedding canisters with high-level radioactive waste(HLW)in the deep geology repositories. GMZ bentonite deposit which is located in Xinghe County,Inner Mongol... Bentonite has been considered as the buffer material for embedding canisters with high-level radioactive waste(HLW)in the deep geology repositories. GMZ bentonite deposit which is located in Xinghe County,Inner Mongolia has been proposed as buffer/backfill material for HLW repository in China. Liquid limit of natural Na-bentonite GMZ01 and commercial Na-bentonite MX80 which were previously put in the oven at 80℃and 95℃,and exposed to water for different times were measured.The liquid limit of GMZ01 increased slightly at the beginning, and then decreased as the heating time increased. 展开更多
关键词 high-level radioactive waste deep GEOLOGICAL disposal BENTONITE liquid LIMIT
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