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高放廢物地質(zhì)處置緩沖回填材料研究進(jìn)展綜述

文檔作者：孫發(fā)鑫陳正漢邊誠程小家楊科文檔來源： 1后勤工程學(xué)院 2巖土力學(xué)與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶4013l1；3四川省瀘州市體育局		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年08月31日
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2012．NO．10第1 1卷總第108期 巖土工程47
基金論文：該文為國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(11072265)；重慶市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(CSTC。2009BB7343)論文2．-。
doi：10．3969~．issn．1671-9107．2012．10．047
高放廢物地質(zhì)處置緩沖／回填材料研究進(jìn)展綜述
Progress ofInternational Study on Bu髓 『Backfilling Material for Geological Disposa1 ofHiPlh．Leve1 Radioactive W aste
孫發(fā)鑫’-一，陳正漢1--。邊誠，。程小家3。楊科，
(1后勤工程學(xué)院，重慶4013ll；2巖土力學(xué)與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶4013l1；3四川省瀘州市體育局，四川瀘州6460001
摘要：隨著核能的發(fā)展，不可避免要產(chǎn)生大量高放射性廢物。對(duì)于高放廢物的處置國際上普遍接受的方法是深部地質(zhì)處置 膨調(diào)土及其含砂混合
料以其優(yōu)異的性能被認(rèn)為是高放廢物地質(zhì)處置庫中理想的緩沖／回填材料。該文從儀器設(shè)備的研制、本構(gòu)模型、膨脹特性、模型實(shí)驗(yàn)及原位試驗(yàn)、
熱一力一水耦合過程的理論研究及其數(shù)值模擬等方面簡(jiǎn)要總結(jié)了膨潤(rùn)土及其舍砂混合料作為緩沖／回填材料的一些國際研究進(jìn)展 作者期待國家
相關(guān)部門能加大經(jīng)費(fèi)投入和支持力度，推動(dòng)我國這一領(lǐng)域的研究走向全面和深入，為核能事業(yè)的發(fā)展保駕護(hù)航。
關(guān)鍵詞：高放廢物；地質(zhì)處置；膨潤(rùn)土及其含砂混合料：緩沖／回填材料
中圖分類號(hào)：TL942+．29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671—9107f2012)09-0047—03
Abstmet：Much high-level radioactive waste is inevitablv produced witla the development ofnucleal energy．The most generally accepted way ofdispos．
hag high level radioactive waste by the international community is deeply geological disposa1．Bentonite and its san d mixture ale regarded as ideal
bufer／backfilling materials in geological disposal repository of high-level radioactive waste for its excellent performance．Some progresses of intemational
study on bentonite and its san d mixture as bufer／backfilling materials ale summarized from the aspects of equipment development，constitutive
model，expan sion characteristics，mod el test and in-situ test，theory study on therm al—Mechanical-water coupling process an d numerical simulation．It is
expected that related departments will ofer more financial investment and suppo~to promote the development of the study of this field and assure the
safety ofthe development ofnuclear energy．
Key words：hjgh-level radioactive waste；geological disposal；bentonite and its sand mixture；bufer／backfilling materials
我國是一個(gè)核大國，核武器、核潛艇和核電站每年產(chǎn)生
大量高放廢物。對(duì)高放廢物的最終安全處置，是一個(gè)與核安
全同等重要的問題，是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、確保我國核能工業(yè)
可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境安全的重大問題【1]。在研究高放廢物處置
的過程中，各國學(xué)者提出過多種方案，包括巖溶處置、海洋處
置、冰川處置、太空處置、深部地質(zhì)處置等。目前國際上普遍
接受的是采用深部地質(zhì)處置。2003年發(fā)布的<中華人民共和 國放射性污染防治法="國放射性污染防治法">從國家層面明確規(guī)定了我國的高放廢
物實(shí)行集中的深地質(zhì)處置。高放廢物的深埋通常采用多重屏
障的方法，多重屏障體系主要包括天然屏障(圍巖)和工程屏
障翻。
工程屏障由內(nèi)向外依次為：廢物固化體、廢物包裝容器
和緩沖／回填材料f2]。工程屏障體系對(duì)緩沖／回填材料的要求
包括：(1)合適的力學(xué)性能，能保持廢物包裝容器的穩(wěn)定；(2)
低滲透性，能延緩地下水侵蝕廢物包裝容器：(3)較高的熱傳
導(dǎo)性．能及時(shí)將放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量傳遞到圍巖中
去 避免處置庫溫度超過100℃ 導(dǎo)致液態(tài)水氣化產(chǎn)生過大的
水汽壓力：(4)較高的吸附性，能阻止和延緩放射性元素隨地
下水滲流而擴(kuò)散；(5)適宜的膨脹特性，能及時(shí)填補(bǔ)和封閉圍
巖裂隙。
膨潤(rùn)土及其含砂混合料以其優(yōu)異的性能被認(rèn)為是高放
廢物地質(zhì)處置庫中理想的緩沖／回填材料。目前，有的國家選
用高壓實(shí)膨潤(rùn)土作為緩沖材料．有的國家則選用膨潤(rùn)土．砂混
合料作為緩沖材料。
收稿日期：2012 06．11
作者簡(jiǎn)介：孫發(fā)鑫(1985．)，男，四川瀘州人，碩士研究生，主要從事與非
飽和土相關(guān)的研究工作。
本文總結(jié)了近年來國際上對(duì)膨潤(rùn)土及其含砂混合料的研
究進(jìn)展，以期推動(dòng)我國在這一領(lǐng)域的研究走向全面和深入，為
核能事業(yè)的發(fā)展保駕護(hù)航。
1研究現(xiàn)狀分析
1．1相關(guān)儀器設(shè)備的研制
對(duì)膨潤(rùn)土及其含砂混合料的試驗(yàn)研究會(huì)遇到高溫、高壓、
高吸力及試驗(yàn)平衡時(shí)間很長(zhǎng)等問題．這些都大大超出了通常
土力學(xué)儀器的試驗(yàn)?zāi)芰Ψ秶?。為此，國外學(xué)者研制了一些有
特色的試驗(yàn)設(shè)備。Blatz與Graham設(shè)計(jì)了一個(gè)利用氣體濕度法
控制吸力的非飽和土三軸儀，其壓力室可承最大壓力10MPa
。西班牙能源環(huán)境與技術(shù)中心(CIEMAT)與加泰羅尼亞理
工大學(xué)(UPC)分別研制了氣體濕度法控制吸力的溫控非飽和
固結(jié)儀[5-8]。法國路橋大學(xué)(ENPC)研制了一個(gè)等向高吸力溫
控固結(jié)儀。利用飽和鹽溶液控制吸力，可施~64MPa的壓力，
通過將壓力室放人恒溫水槽中，可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制 。上
述三臺(tái)溫控儀器實(shí)際最高使用溫度均為8O℃。
1．2本構(gòu)模型
膨潤(rùn)土及其含砂混合料的力學(xué)性能是影響多重屏障系統(tǒng)
穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素。膨潤(rùn)土及膨潤(rùn)土．砂混合料表現(xiàn)出了
復(fù)雜的非飽和力學(xué)特性，由于試驗(yàn)難度大，故國外的研究大多
是在常溫下進(jìn)行的。主要涉及吸力對(duì)含水率、剪切強(qiáng)度、屈服
及壓縮性的影響、吸力循環(huán)過程中的變形特性、應(yīng)力路徑相關(guān)
性及非飽和滲透性等。根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果，初步提出了有關(guān)
本構(gòu)模型．~Alonso等的巴塞羅那膨脹土模型、Cui等的CSC
非線性彈性模型、Tangl~等應(yīng)力比模型等。關(guān)于溫度對(duì)緩沖／

2012．NO．10第11卷總第108期 高放廢物地質(zhì)處置緩沖／回填材料研究進(jìn)展綜述 巖土工程49
廣泛的關(guān)注。目前有兩個(gè)國際合作項(xiàng)目進(jìn)行了相關(guān)研究，
即：瑞典、美國、英國、日本等國開展的DECOVALEX(deve1．
opment of coupled models and their validation against experimentsinnuclearwasteisolation)
和受歐盟(CEC)資助的第三
次R&amp;amp;D(research&amp;amp;development)項(xiàng)目，緩沖層的熱．水．力耦
合過程是其中一個(gè)子項(xiàng)目，研究重點(diǎn)是建立考慮熱效應(yīng)的
三相多場(chǎng)耦合固結(jié)理論(即，包含熱效應(yīng)的非飽和土固結(jié)理
論)。英國學(xué)者Thomas等對(duì)此做了系統(tǒng)的研究工作同，用有
限元法模擬緩沖層的熱．水．力耦合過程。西班牙學(xué)者Gens
和S Olivella、澳大利亞學(xué)者N．Khalili及其他學(xué)者F．Collin．X．
L_Li，J．P．Radu and R．Charlier也在做類似的工作
2結(jié)束語
高放廢物緩沖／回填材料的研究是一個(gè)涉及膨潤(rùn)土主料
的選擇、添加劑及其配合比的優(yōu)化、材料在地下水作用下的
物理化學(xué)性能變化、材料厚度、形狀設(shè)計(jì)、施工方法與技術(shù)
等多方面的問題。需要通過室內(nèi)試驗(yàn)、模型試驗(yàn)、地下實(shí)驗(yàn)
室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)進(jìn)行逐步推進(jìn)和研究論證
國際上對(duì)于緩沖／回填材料的研究已取得了很多進(jìn)展．
而我國相關(guān)研究由于起步較晚，很多問題還有待進(jìn)行更全
面和深入地研究。作者期待國家相關(guān)部門能加大經(jīng)費(fèi)投入
和支持力度，以推動(dòng)我國在這一領(lǐng)域的研究進(jìn)展．為核能事
業(yè)的發(fā)展保駕護(hù)航
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責(zé)任編輯：孫蘇</中華人民共和>

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