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1中国高放废物地质处置地下实验室场址筛选显示文摘高放废物地质处置地下实验室建设项目是我国“十三五规划”的重点项目。文章介绍了我国首座高放废物地质处置地下实验室场址筛选的总体思路、筛选准则、候选场址特征、场址比选的定性和定量方法、比选过程和最终结果。我国首座地下实验室总体定位为第三代地下实验室,即特定场区型地下实验室。以此为指导,综合分析对比了甘肃北山、内蒙古、新疆三大预选区中9个预选场址(旧井西、新场、沙枣园、算井子、雅满苏、天湖东、阿奇山1号、塔木素、诺日公)的地质条件、未来自然变化、水文地质条件、人类活动、建造和工程条件、环境保护、土地利用、社会经济和人文条件等场址条件和特征,先筛选出新场、沙枣园、诺日公和雅满苏4个场址。在获得当地政府同意的基础上,经国家层面的专家评审会,最终确定甘肃北山新场为我国首座高放废物地质处置地下实验室场址。以新场场址为基础,完成了地下实验室的工程设计。2021年6月地下实验室正式开工建设。王驹 苏锐 陈亮 赵宏刚 周志超 赵星光 2022世界核地质科学2022,39,1:28
2高放废物地质处置地下实验室开挖及精细探测关键技术显示文摘针对高放废物处置地下实验室工程建造面临的主要技术难题和挑战,以甘肃北山预选区新场-旧井地段为研究目标场址,建成了北山坑探设施工程并以此为研发平台,通过试验研究、理论建模和数值模拟等多重综合集成的研究方法,开展了地下实验室围岩含水结构面超前探测技术、地下实验室开挖方法及开挖损伤区评价技术、围岩开挖响应监测技术和围岩力学时效特性评价技术等研究,成功实施了不良地质体超前探测、围岩变形监测、光面爆破和开挖损伤区评价等11种现场试验,突破了地下实验室围岩含水结构面精细探测技术、低损高效破岩及评价技术、围岩位移全过程监测技术和围岩长期稳定性分析技术,掌握了高放废物地质处置地下实验室工程设计、建造有关的关键安全技术。相关成果为地下实验室设计和建造提供了重要的理论基础和技术支撑,显著提升了我国在高放废物处置领域的研发能力。陈亮 王驹 杨峰 马洪素 李二兵 王贵宾 王春萍 赵星光 刘建锋 王锡勇 刘健 孙永强 乔旭 成功 李冬伟 2023世界核地质科学2023,40,1:8
3Excavation of underground research laboratory ramp in granite using tunnel boring machine: Feasibility study显示文摘Underground research laboratory(URL)plays an important role in safe disposal of high-level radioactive waste(HLW).At present,the Xinchang site,located in Gansu Province of China,has been selected as the final site for China’s first URL,named Beishan URL.For this,a preliminary design of the Beishan URL has been proposed,including one spiral ramp,three shafts and two experimental levels.With advantages of fast advancing and limited disturbance to surrounding rock mass,the tunnel boring machine(TBM)method could be one of the excavation methods considered for the URL ramp.This paper introduces the feasibility study on using TBM to excavation of the Beishan URL ramp.The technical challenges for using TBM in Beishan URL are identified on the base of geological condition and specific layout of the spiral ramp.Then,the technical feasibility study on the specific issues,i.e.extremely hard rock mass,high abrasiveness,TBM operation,muck transportation,water drainage and material transportation,is investigated.This study demonstrates that TBM technology is a feasible method for the Beishan URL excavation.The results can also provide a reference for the design and construction of HLW disposal engineering in similar geological conditions.2020 Institute of Rock and Soil Mechanics,Chinese Academy of Sciences.Production and hosting by Elsevier B.V.This is an open access article under the CC BY-NC-ND license(http://gffzzeb6f7f563f66445dhb669wufvpo566ccp.ffgz.tsg.suse.edu.cn/licenses/by-nc-nd/4.0/).Hongsu Ma Ju Wang Ke Man Liang Chen Qiuming Gong Xingguang Zhao 2020Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering2020,12,6:6
4中国高放废物地质处置地下实验室场址深部岩体地应力测量及工程应用显示文摘为了给我国高放废物地质处置地下实验室工程设计提供应力边界条件,采用水压致裂法,在场址内部的4个钻孔中进行地应力测量,完成90段压裂试验和34段水压裂隙印模试验,根据测得的地应力及其方向,揭示场址应力场的分布特征。基于场址地应力分布规律,结合室内测定的场址岩石启裂应力参数,根据地下实验室初步设计方案,进行地下实验室主体结构受力行为数值模拟。研究结果表明:场址岩体地应力随深度的增加表现出逐渐增大的趋势,在深度为60~600 m范围内,最大水平主应力(σH)小于25 MPa,与场址钻孔岩石的单轴压缩强度相比为低地应力水平。同时,σH普遍大于垂直应力(σv),表明场址地应力场主要受水平构造应力的控制。此外,所有测点的σH方向均为NE,优势方向为NEE,平均为N55°E,与北山预选区地壳运动速度矢量基本一致。获得了斜坡道、竖井和水平巷道启裂指标的分布特征,为完善试验巷道和硐室的布置方案提供了科学依据。赵星光 王驹 秦向辉 陈群策 2021中南大学学报(自然科学版)2021,52,8:6
5综合航测与物探的候选场址区断裂识别研究显示文摘断裂是高放废物处置场址区中放射性核素向生物圈运移的潜在通道,由于断裂空间变异性强,在广袤的地表出露不明显,仅依靠踏勘与有限的钻探难以获取其详细的构造特征信息.为了有效探明断裂构造特征,以某重点候选场址区西北边界断裂为研究对象,采用一种工程场区无人机航测全局'把控'与高密度电法重点'把脉'断裂的综合识别方案,获取了裂隙密度、裂隙交切模式、断裂产状、核部宽度以及损伤破碎带宽度等信息.野外踏勘与探槽验证表明,利用航测与物探综合解译能够快速而有效识别断裂信息,可为断裂内在结构识别及其导水性关系研究提供丰富的数据资料,最终服务于处置工程布局设计.张培兴 李晓昭 章杨松 凡净 宋金龙 黄震 2019应用基础与工程科学学报2019,37,5:5
6中国高放废物地质处置地下实验室核素迁移现场实验研发内容探讨显示文摘高放废物的安全处置是核能可持续发展的前提,日益受到世界有核国家的高度重视。深地质处置是目前国际上普遍接受的高放废物最终处置方案,我国计划在21世纪中叶建成高放废物地质处置库。地下实验室是建设高放废物地质处置库工程必不可少的科学研究设施,开展地下实验室核素迁移现场实验是地质处置库工程的必经阶段。为有效推进我国高放废物地质处置核素迁移现场实验工作,系统调研了瑞士Grimsel Test Site地下实验室在核素迁移实验计划和研究工作方面的开展情况。在此基础上,结合我国高放废物地质处置需求和地下实验室工程研发,提出了我国高放废物地质处置地下实验室核素迁移现场实验研究建议。龙浩骑 王波 包良进 姜涛 陈曦 2022世界核地质科学2022,39,1:5
7高放废物地质处置地下实验室施工风险评价显示文摘高放废物地质处置地下实验室作为开发和验证高放废物地质处置技术、评价场址适宜性的地下研究设施,在高放废物地质处置中起着至关重要的作用。为保证地下实验室施工安全,对其施工风险进行分析评价具有十分重要的理论意义和工程应用价值。故障树分析和层次分析是工程风险评估中重要的分析方法,本文将故障树的结构重要度与层次分析法中的权重相结合,首先辨识出地下实验室施工风险因子,然后建立故障树模型,再将故障树的结构重要度计算结果引入层次分析法判断矩阵的构建中,最后提出基于故障树模型的层次分析法。将该方法应用于评价甘肃北山我国首座高放废物地质处置地下实验室的施工风险,获得了地下实验室施工期风险的权重分布玫瑰云图,提出了对保证地下实验室施工安全具有指导性的建议和结论。张强勇 郑阳 吴冬 李兴军 张志浩 2018地下空间与工程学报2018,14,6:5
8高庙子膨润土中蒙脱石碱性溶蚀的矿物学证据显示文摘高放废物地下处置库运营过程中,衬砌混凝土在地下水作用下产生的强碱性溶液,会扩散进入膨润土缓冲屏障,长期将使屏障性能发生退化。采用不同pH值的KOH溶液模拟衬砌混凝土溶出的碱性溶液,在室内进行为期一年的常温接触扩散试验,开展X射线荧光光谱(X-ray fluorescence spectroscopy,简称XRF)、X射线衍射(X-ray diffraction,简称XRD)、扫描电镜(scanning electron microscope,简称SEM)和能谱(energy dispersive spectrometry,简称EDS)试验,研究强碱性溶液缓慢扩散对高庙子膨润土矿物的影响。XRF试验结果表明,当KOH溶液的pH>12.6时,膨润土中Si元素的含量开始减少,即含Si矿物蒙脱石、石英、方石英等发生了溶解;同时,K元素含量增多,表明膨润土与碱溶液发生离子交换反应,溶液中大量的K+进入蒙脱石层间。XRD试验结果表明,在pH=12.6时,蒙脱石矿物的001峰开始右移、变宽,峰值强度大大减弱;在p H>13时,衍射角θ整体向右偏,晶面间距由原始膨润土样的1.385 3 nm(13.853?)减小为1.221 0 nm(12.210?),表明蒙脱石矿物晶层被压缩。随着KOH溶液p H值增大,膨润土中蒙脱石、石英等矿物的含量明显减少,长石类矿物的含量逐渐增加,伊利石和斜发沸石的含量也呈现略微增多的趋势。SEM试验结果表明,随着溶液p H的增大,蒙脱石部分晶层会发生重叠,进而产生部分裂隙和孔洞,加速蒙脱石的溶蚀进程。在为期一年的接触扩散试验中,p H=13.8的KOH溶液扩散深度超过7.5 mm,并且在碱溶液与膨润土接触面上观察到新生成的伊利石微晶,证实强碱性溶液会导致蒙脱石溶解及伊利石化。童艳梅 张虎元 周光平 李小雅 2022岩土力学2022,43,11:4
9化学作用下高庙子膨润土屏障性能演化行为显示文摘深地质处置库运营过程中,受地下水化学成分、可能泄露的核素等近场化学条件影响,膨润土工程屏障性能可能发生衰减。围绕化学作用下膨润土屏障性能的演化行为,以我国北山处置库预选场地为工程背景,以内蒙古高庙子膨润土为研究对象,首先介绍了高庙子膨润土的基本物理性质及北山预选场地近场化学条件;在此基础上,详细总结了化学作用下高庙子膨润土水力、力学及阻滞等屏障性能演化行为相关研究成果。结果表明:化学作用对膨润土持水、渗透特性的影响可分别依据渗透吸力及双电层理论解释;化学作用下膨润土膨胀力的衰减与其水化膨胀机制有关,化-力耦合及化-水-力耦合作用下膨润土变形特性因渗透固结、化学软化效应而发生改变;膨润土的吸附与扩散特性受核素浓度、离子环境、pH值等因素影响。最后,提出化学作用下膨润土屏障性能演化研究应重点关注的方向。陈永贵 李昆鹏 马婧 廖饶平 叶为民 王琼 2022工程地质学报2022,30,1:4
10高放废物地质处置的安全管理与策略显示文摘高放废物在数千年的人类生存环境中仍然存在危害性,目前基于非能动安全所提出的地质处置方案是高放废物安全管理的首选策略,其安全评价的时间尺度高达万年,处置库场址的申请和建造的审批重点在于长期安全性的论证。因此,地质处置的安全评价系统需要简化,以便于计算和预测,从而提高安全评价结果的置信度。介绍了高放废物地质处置的研究进展、地质处置的非能动安全及核技术的安全管理启示。鉴于地质处置安全的不确定性,引入了安全监管的概念。周志超 王驹 陈亮 赵敬波 张明 2020科技导报2020,38,16:4
11北山地区大气降水中水化学及稳定同位素特征显示文摘为揭示甘肃北山地区大气降水的水化学及同位素特征,利用2012~2019年度采集的97件大气降水样品,采用相关性分析,富集因子,气团后向轨迹分析等多种方法对北山地区稳定同位素变化特征及其影响因素,降水中主要离子变化特征,不同离子来源及贡献,水汽来源进行了分析.结果表明,北山地区区域降水线的斜率与截距均高于张掖地区大气降水线;该区降水中稳定同位素比率明显受季节性,温度和高程效应的影响,在年尺度下,降雨量效应不明显;该区降水中氘盈余变化较大,雨季降水中氘盈余显著小于旱季降水中氘盈余值;北山地区大气降水的水化学型主要为HCO3·SO4-Ca和HCO3-Ca型,降水中离子浓度具有明显的季节性变化,降雨量的增加对离子浓度具有一定的稀释作用;Na^+受海源和陆源物质的双重影响;绝大部分的Ca^2+,K^+,HCO3^-和部分Mg^2+来源于陆源,SO4^2-与NO3^-的主要来自于人类活动输入;区内冬夏季水汽来源基本一致,来源于西北方向的季风源是北山地区最主要的水汽来源.研究成果可为我国高放废物地质处置库选址和性能评价以及未来地下处置库建设提供依据,也有助于丰富西北干旱区的水文循环过程研究.李杰彪 苏锐 周志超 郭永海 2020中国环境科学2020,40,12:4
12冲击载荷作用下孔洞花岗岩的应变演化及破坏特征显示文摘为研究不同孔洞数量和排列方式的孔洞岩石在冲击载荷下的应变演化及破坏特征,对含有单一孔洞、水平双孔洞、垂直双孔洞、水平3孔洞和垂直3孔洞的5种花岗岩试样进行落锤冲击试验,借助高速摄像仪和数字散斑技术(DIC)对各试样表面的应变演化和裂纹扩展进行记录和分析。研究结果表明:垂直孔洞试样的冲击响应力峰值随孔洞数量的增加而减小;试样表面的高应变集中区有一个渐进移动和演化的过程,且高应变集中区在移动至孔洞之前和穿过孔洞之后其形状均为椭圆状,在经过孔洞时形状变为狭窄的长条状;垂直孔洞试样比水平孔洞试样的高应变集中区为长条状的时间长;孔洞周围的平均应变演化受孔洞数量和排列方式的影响显著,且水平孔洞试样比垂直孔洞试样中孔洞周围的最大平均应变出现的时间晚;5种类型试样的破坏裂纹以轴向拉伸裂纹为主,所有试样均表现为明显的劈裂破坏;垂直孔洞试样的破坏形态复杂,局部的剪切裂纹和拉伸−剪切混合裂纹作用位置受孔洞数量影响;与垂直孔洞试样相比,水平孔洞试样的最终破坏形态简单且裂纹类型不受孔洞数量影响。周子龙 孙景楠 王海泉 郭懿德 2021中南大学学报(自然科学版)2021,52,3:4
13高放废物黏土岩/泥岩地质处置库因格井坳陷有利地段筛选显示文摘为了在内蒙古巴音戈壁盆地因格井坳陷圈定我国高放废物黏土岩/泥岩地质处置库有利地段,从围岩的矿物组成特征、力学性能、导水性能及含水率对因格井坳陷巴音戈壁组上段上、下两层泥岩进行初步分析。结果表明:泥岩赋存深度和连续厚度符合选址标准,主要矿物百分比差异明显。上层泥岩主要矿物组分为方沸石、黏土矿物和碳酸盐矿物(主要为白云石及铁白云石),下层泥岩矿物组分则主要为碳酸盐矿物(主要为白云石及铁白云石)、方沸石和黏土矿物;单轴抗压强度方面,上层泥岩接近瑞士Opalinus黏土岩和法国Callovo-Oxfordian黏土岩,下层泥岩则远高于国外黏土岩;上、下层泥岩为极微透水岩体,含水率变化范围均低于国外黏土岩含水率变化范围。叠加坳陷钻孔连井剖面图、泥岩层顶底板等厚线等,最终在因格井坳陷圈定两处高放废物黏土岩/泥岩地质处置库有利地段,即有利地段Ⅰ(上层泥岩,泥岩赋存深度为300~550m)和有利地段Ⅱ(下层泥岩,泥岩赋存深度为400~800m)。向龙 刘平辉 刘晓东 刘帅 梁海安 2018中国科技论文2018,13,21:4
14基于数字表面模型的岩体结构面产状获取显示文摘针对传统现场接触式测量获取岩体结构面参数效率低、工作量大、结果精确性受人为因素影响等问题,本文结合数字摄影测量技术与运动法(structure from motion,SFM)进行岩体三维数字表面模型重建,并在此基础上建立了岩体结构面自动识别方法。岩体数字表面模型重建步骤主要为岩体影像资料采集,基于尺度不变特征变换(Scale-Invariant Feature Transform,SIFT)算法进行图像特征匹配、稀疏点云构建、点云稠密化以及岩体曲面模型重构。结构面识别方法流程主要为:首先平滑岩体数字表面模型;通过改变搜索半径和角度阈值实现模型平面分割;基于区域生长原理进行结构面搜索;最后基于随机采样一致性拟合结构面得到结构面产状。将该方法应用于甘肃北山地下实验巷道,实现了巷道三维数字表面模型的重建与结构面产状数据获取,最后将识别到的结构面分组表征在模型表面。与人工实地测量方法以及现有的结构面识别软件相比,本文提出的方法具有良好的准确性,可为工程应用提供一定的参考。宣程强 章杨松 许文涛 2022水文地质工程地质2022,49,1:4
15二维K-S检验法在岩体统计均质区划分中的应用显示文摘在常规的岩体统计均质区划分方法中,产状数据相似性判定结果通常会受到投影图子区划分方案的影响,并且不适用于小样本数据。为解决上述问题,引入二维K-S检验法进行产状数据相似性判定。首先介绍了K-S检验法的基本原理,继而根据二维K-S检验法提出了产状数据相似性判定的具体算法,并利用算例验证了算法对小样本产状数据的适用性。最后,针对北山坑探设施斜坡道进行了应用和验证。提出的算法不需要进行投影图子区划分,适用于小样本数据,为岩体统计均质区划分提供了一种新手段。刘健 陈亮 王驹 李亚伟 王春萍 2019岩土工程学报2019,41,12:4
16基于环境示踪剂氯的北山地区浅部地下水补给研究显示文摘地下水补给研究是高放废物深地质处置库选址和场址评价的重要研究内容之一。甘肃北山地区是我国高放废物地质处置库场址首选预选区,为查明该区地下水补给特征,基于环境示踪剂氯查明了北山地区浅部地下水补给量。结果表明:(1)总体而言,氯质量平衡方法在北山地区应用效果较好。(2)基于包气带的氯质量平衡方法计算得出的浅部地下水垂向补给量在渗透性较大的沟谷盆地中为0.07~2.03 mm·a-1,平均值约1.0 mm·a-1。(3)基于饱和带的氯质量平衡方法计算得出北山地区浅部地下水多年平均入渗补给量为0.25 mm·a-1,不足多年平均降水量的0.5%。相关结果可为我国高放废物地质处置库选址和场址评价提供依据。李杰彪 苏锐 周志超 郭永海 季瑞利 张明 王洪斌 2020干旱区地理2020,43,1:3
17高放废物地质处置安全要求及评价模式探讨显示文摘安全评价是对高放废物地质处置设施提供安全功能并满足法规、标准要求的系统分析与评价,是建立处置安全信心的关键。高放废物地质处置的时间尺度一般在万年以上,安全评价的核心在于论证处置设施是否安全这一结论的可靠性及坚稳性,其安全要求和评价模式有别于核电站等常规核设施。针对高放废物地质处置安全评价的核心关注点进行了概述,主要涵盖安全功能、包容和隔离要求、评价时间尺度和评价指标等安全要求,以及处置系统描述、FEPs分析、核素释放与迁移情景开发、核素迁移模式构建、计算与不确定性分析等安全评价模式。鉴于地下实验室在高放废物地质处置研发中的重要作用,就如何发挥好处置概念对确立安全要求的引导作用,以及以FEPs筛选和情景开发为基础进行安全评价模式构建进行了论述。借此,希望能加深相关方对高放废物地质处置安全评价的理解,强化北山地下实验室研究对安全要求及评价模式重要性的认识,为高放废物地质处置的稳定发展提供支撑。凌辉 2022世界核地质科学2022,39,4:3
18基于摄影测量系统的岩体结构面精细识别表征及应用显示文摘岩体结构面的识别和特征参数的表征对于岩体特性及失稳机制研究具有重要的基础意义。本文基于无人机航测、GPS-RTK,以及地面近景摄影组成的摄影测量系统对甘肃北山不同尺度岩体结构面进行了系统性研究。利用不同视角摄影得到的地物照片建立了场区数字正射影像模型和露头三维重构数字表面模型,通过数字化的识别和统计方法实现了岩体结构面信息的有效解译和特征参数的表征。对典型露头和区域的研究结果表明,采用的摄影测量系统可从不同维度和尺度进行岩体结构面的精细化调查和识别。根据结构面特征参数的变异性,对场区大断裂F31断层的断裂影响带进行了评估,初步得到F31断层对上盘岩体完整性的影响范围约为150~200 m,影响形式为负指数型。许文涛 李晓昭 章杨松 朱鸿鹄 张巍 宣程强 2022测绘学报2022,51,10:2
19基于分布式光纤温度示踪探测裂隙岩体地下水渗流特征显示文摘认识深部裂隙岩体中的地下水渗流特征(流速、渗流路径等),是深部地质工程开发建设的重要前提。近年来,分布式光纤测温技术作为识别深部裂隙岩体地下水渗流特征的有效方法,在国外开展了大量的研究,但在国内鲜少见在实际场地开展的相关工作。本研究以我国首个地下实验室场址甘肃北山新场花岗岩岩体中的两个钻孔(BSQ02及BSQ03)为试验对象,开展基于分布式光纤测温(Fiber-Optic Distributed Temperature Sensing,FO-DTS)的现场温度-水力试验,实现了对钻孔地下水温度的高精度、连续性观测。通过分析现场试验获取的钻孔温度-深度剖面随时间的变化,推断BSQ02在试验过程中存在外源地下水的流入,然后结合钻孔柱状图对钻孔中的入流导水裂隙进行了定位;基于现场观测数据建立了钻孔的渗流-传热耦合数值模型,反演估算出钻孔中地下水平均流速为0.01 m·s^(-1),通过裂隙流入地下水温度小于钻孔中原地下水温度,两者之间的温度差为0.7℃,通过裂隙流入的地下水流速为1×10^(-5)m·s^(-1),获取了地下水的渗流特征。该项工作可为基于分布式光纤测温技术的裂隙介质地下水渗流规律研究提供借鉴与指导。符韵梅 董艳辉 谢月清 周志超 王礼恒 张明 2022工程地质学报2022,30,4:2
20低pH胶凝材料pH测试方法研究显示文摘低pH胶凝材料的开发对pH测试方法和测量结果的准确性提出了更高的要求。通过调研国内外相关文献,论述了水泥基材料pH的测试方法——孔溶液压取法PFE、原位浸出法ISL和磨碎溶出法ESL,在对比、分析各方法优缺点的基础上,探讨了三种方法对低pH胶凝材料的适用性,研究认为磨碎溶出法更适合低pH胶凝材料的测试。针对西班牙国家研究委员会常规磨碎溶出法R-ESL的不足,在不考虑测试过程中样品和溶液碳化的情况下,提出了一种简化的测试方法S-ESL,用两种方法测试了硅灰等量替代40%普通硅酸盐水泥硬化水泥浆体孔溶液的pH,同时对S-ESL测量结果的可靠性进行验证。结果表明:S-ESL比R-ESL测量结果低0.16左右;S-ESL测量结果的重复性较好,重复性值r均小于0.1;S-ESL测量结果在10.84以下可以认为满足胶凝材料的设计要求。研究结果对低pH胶凝材料的pH测试方法具有一定的参考作用。任增增 赵卫全 陈亮 张金接 2022水利水电技术(中英文)2022,53,12:2
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