核废物处置库顶盖毛细屏障中水分流动的实验研究

论文摘要

当今世界,原煤、石油、天然气等能源日益紧缺,世界各国都面临着能源危机,核能越来越得到世界各国的重视,核能必定会有一个更大规模的发展。但随着核能的广泛利用,必将产生越来越多的核废物,核废物的如何安全处置成为人们日益关注的焦点。目前核废物处置多采用地质处理方法。核废物经过加工处理后,再放入处置库与外部环境隔离,尽量避免水分进入处置库。顶盖是放射性废物近地表处置库的重要工程屏障。毛细屏障是顶盖中一个非常重要的部分,一般由细颗粒介质的下面铺设粗颗粒介质而成的。当水分入渗到粗-细颗粒介质交界面上方时,由于毛细作用使得水分不能从细颗粒介质层进入粗颗粒介质层,从而在界面上方积累,如果界面有一定坡度,水分会沿着界面横向传导。本文以喷淋强度、界面坡度和粗砂层厚度为影响因素,系统地展开了其对毛细屏障的效应研究。通过设计箱体实验,研究在非饱和状态下,以不同的喷淋强度表征不同的降雨情况,分析了其对毛细屏障的影响作用。设定5、15、20和25 mm/d的喷淋强度,测量水分经过粗-细砂介质交界面的相对绕流量。结果表明,在粗砂的厚度不变的前提下,喷淋强度越大,相对绕流量越少,毛细屏障的作用越弱。研究了粗石英砂的厚度对毛细屏障的影响情况。设定1mm,3mm,5mm,7mm,15mm和30mm等粗石英砂层厚度,在给定喷淋强度下,结果表明绕流量随着粗砂层的厚度增加而增加,证实了粗颗粒介质层的厚度越大,越有利于水分绕流现象的发生。同样,增加毛细屏障的倾斜度,可以增强毛细屏障的阻水能力。在对相对绕流量的定量观测的同时,也测定了箱体中粗细石英砂层各个位置的基质势,从能量角度对毛细屏障的水流规律作了解释,为更进一步探索复合效应对毛细屏障的影响奠定了基础,为核废物处置库的顶盖设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.3 研究内容及方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第二章 毛细屏障渗流分析
• 2.1 毛细屏障
• 2.1.1 毛细屏障的结构
• 2.1.2 毛细屏障作用产生原因
• 2.2 非饱和稳定渗流基本理论
• 2.2.1 土水势理论
• 2.2.2 非饱和渗流场的计算
• 第三章 水分运动参数测试和拟合
• 3.1 测试理论与方法
• 3.1.1 土壤水分特征曲线
• 3.1.2 水分特征曲线测定方法
• 3.1.3 饱和导水率
• 3.2 实验结果及分析
• 3.3 拟合公式及其参数的确定
• 3.3.1 土壤水分特征曲线公式及参数的确定
• 3.3.2 土壤导水参数公式及参数的确定
• 3.3.3 小结
• 第四章箱体实验研究
• 4.1 定性实验
• 4.1.1 定性实验装置
• 4.1.2 定性实验方法
• 4.1.3 定性实验结果
• 4.2 定量实验
• 4.2.1 定量实验装置
• 4.2.2 定量实验方法
• 4.2.3 定量实验结果与分析
• 4.3 小结
• 第五章 主要结论及下一步研究的建议
• 5.1 本文的主要结论
• 5.2 下一步研究的建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢
• 个人简况及联系方式