摘要：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。

摘要：我国高放地质处置库“三步走”战略稳步推进,研究缓冲/回填材料砌体结构力学性能及其破坏特性,可为缓冲/回填材料砌体结构的设计,以及砌块的地面堆砌储存提供基础数据。本文采用合适的压制路径将高庙子钠基膨润土粉末压制成砌块,并采用干砌方法堆砌成砌体墙,设计并进行了砌块单元间界面性能试验和轴心抗压试验,得到了砌块单元间界面剪切强度与剪切位移关系,分析了砌体墙应力-应变曲线和破坏形态。试验结果表明,砌体墙变形破坏经历特性变形、局部裂纹扩展、竖向裂纹贯通、失稳破坏和残余变形几个阶段。砌体墙的第一条裂隙出现在单个砌块单元内部,反映了砌块单元的压制质量是控制砌体墙工程性能的重要影响因素之一。基于试验数据,通过对比分析施楚贤、朱伯龙、TURNSEK和HODGKINSON及仲继清的本构关系发现,在峰前上升曲线段采用试验数据对仲继清模型参数进行修正,获得的理论应力-应变曲线与试验曲线较为吻合。

摘要：我国高放废物地质处置研发已经进入地下实验室建设的关键阶段。在地下实验室建设和运行期间,将开展大量现场试验,这些试验数据具有传输距离长、采集周期长、数据类型多和数据量大等特点,同时数据质量、安全与可追溯性要求高,数据管理难度较大。通过分析我国高放废物地质处置北山地下实验室现场试验数据特点,以iS3智慧数据服务系统为基础,提出现场试验数据管理顶层设计方法,为现场试验和科研工作顺利开展提供重要的数据管理支撑。

摘要：从我国高放废物地质处置工程室内试验技术需求出发,以北山花岗岩为研究对象,开展岩石在单轴压缩条件下的端部效应试验研究。通过开展4种高径比、3种端面条件下的岩石单轴压缩试验,获取岩石应力-应变曲线,得出岩石关键力学参数与高径比和端面条件之间的关系,进一步探讨端部效应带来的影响以及弱化/去除端部效应的方法。研究结果表明:1)端部效应对岩石力学参数测量结果的影响程度受岩样高径比和加载端面条件的共同作用,在岩石应力水平较高且变形趋势较大时,端部效应才真正发挥作用;2)在端面为普通垫板的加载条件下,端部效应随着岩样高径比的降低而增强,当岩石高径比由2.3下降到1.2时,岩石峰值应力测量结果均值提高约45.14 MPa,增长率约36%;3)采用减摩剂、自制减摩剂+铜箔片2种方式处理加载端面可有效减小端部效应,岩石峰值应力测量结果不再依赖岩样高径比的变化;4)端部效应对岩石弹性模量、泊松比、启裂应力、贯通应力等其他关键力学参数测量结果的影响不大。该文研究成果可为深入分析端部效应产生机理及优化复杂岩石力学试验设计提供有益参考。

摘要：缓冲材料作为高放废物处置库内最后一道人工屏障,其饱和过程对处置库多重屏障体系设计具有重要意义。以高放废物处置单元为研究对象,建立了相应的热-流-固耦合模型,模拟了饱和花岗岩体条件下缓冲材料饱和过程,并开展了岩体不同边界水压力、岩体裂隙对缓冲材料饱和过程影响研究。研究结果表明:处置库内缓冲材料外部、下部靠近花岗岩的区域饱和度率先增大,然后逐渐由外部向内部、下部向上部进入饱和状态。饱和花岗岩体边界水压分别为5、3和1 MPa时,缓冲材料达到饱和时间分别为28.9、45.63和110.72 a,随着花岗岩体边界水压的下降,处置单元内缓冲材料达到饱和时间将大幅增加。岩体裂隙的渗透率分别为1.098×10^(-17)、1.098×10^(-15)、1.098×10^(-13)和1.098×10^(-11)m^(2)时,缓冲材料达到饱和时间分别为22.69、22.09、17.34和17.12 a,岩体中裂隙的存在能够加快缓冲材料的饱和过程。

摘要：盲井掘进机是处置坑开挖的常用设备,刀具的合理设计与布置是其高效掘进的关键。北京工业大学TBM与盾构课题组针对北山高放废物处置坑小直径盲井掘进机预选了11英寸(279 mm)双排锥齿滚刀和双排镐齿滚刀两种刀型。本研究应用两种预选刀型对北山花岗岩试样进行线性切割破岩试验,对比分析两种刀型的滚刀力、破岩比能、岩片分布、振动特征和岩下损伤特性等指标。试验结果表明:锥齿滚刀在相同贯入度下的破岩法向力和振动强度小于镐齿滚刀,锥齿滚刀破岩效率整体上更高,并且锥齿滚刀破岩产生的贯通裂纹发育也更为显著。综合比较分析认为锥齿滚刀破岩性能更优,推荐采用预选的双排锥齿滚刀进行北山处置坑小直径盲井掘进机刀盘布置。本研究还可为盲井掘进机刀盘与推进系统设计及施工运行参数优化提供参考。

摘要：对半工业化/工业化制备的缓冲/回填材料砌块抗拉强度以及不同位置抗拉强度均匀性的准确评价,可为优化砌块制备工艺、设计砌块起吊装置提供重要参考。基于单轴压实技术制备标准试样,使用径向劈裂法测定抗拉强度,研究高径比、荷载接触方式对砌块抗拉强度测试结果的影响。在此基础上,采用钻孔、取心和切割技术在大型扇形砌块不同位置取样,分析其抗拉强度的均匀性。实验结果表明:使用劈裂法测定砌块抗拉强度时,平板加载和弧形加载结果相近,垫条加载试验结果小于前两者;砌块抗拉强度随高径比增加先呈指数减小,在高径比大于0.6时可忽略其对抗拉强度的影响;大型砌块不同位置处抗拉强度与模具形状无关,而与距模具边界位置相关,距边界越远抗拉强度越小。

摘要：隧道掘进机在掘进过程中,刀盘破碎岩石会产生振动,刀盘振动对TBM机械与施工会造成负面影响。依托甘肃北山地下实验室斜坡道工程TBM施工段,在北山1号TBM上搭载振动监测系统,通过跟踪现场施工和开展掘进试验,收集研究区段的隧道设计工况信息、围岩信息、掘进参数与刀盘振动信息。开展不同隧道设计工况、围岩类别、掘进参数对刀盘破岩振动的影响分析。研究结果表明:1)隧道转弯段与直线段的TBM刀盘振动强度、主振频率具有一定差异,转弯段TBM刀盘振动强度更大、主要频率更高;2)不同围岩类别下,转弯段刀盘振动主振频率差异较大,而直线段差异较小;3)随着推力、转速的提高,刀盘的振动强度增大,但刀盘三轴振动主振频率不发生改变。

摘要：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。