基于离散元法的高放核废料储罐静动力稳定性初步研究

来源：黄金科学技术杂志2023年第4期北京时间：

作者：赵亚楠, 赵一航, 蒋中明, 赵红敏

单位： 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410019, 长沙理工大学水利与环境工程学院，湖南 长沙 410114

摘要：核废料储罐是核废料处理工程屏障的核心部分，其静动力学稳定性至关重要。基于碳化硅材料的核废料储罐，考虑深部岩石—储罐的相互作用特点，采用试验与模拟相结合的方法开展研究。首先对碳化硅的抗拉强度特征进行了研究，分析了深埋条件下的储罐受力特点和规律；其次，研究了自由落体与岩石撞击条件下储罐的动态受力规律和基本破坏形式，并考虑岩石破碎所带来的影响。结果显示：碳化硅是相对脆性材料，其抗拉强度存在一定变化区间；在深埋条件下，埋深、水平与竖向地应力比对储罐受力有较大的影响；运输时自由跌落的高度和倾角对储罐局部集中拉应力有较大的影响；岩石撞击时储罐内的拉应力受岩石质量和撞击发生时岩石—储罐接触类型的控制，考虑岩石撞击破碎会大幅削弱撞击附加应力，岩块间黏聚力和内摩擦角越大，岩石撞击力也越大，岩块间抗拉强度对撞击力的影响相对较小。虽然在自由跌落与岩石撞击的工况下会发生局部破坏，但通过外附一定厚度缓冲层并合理安置，可保证储罐的静动力稳定性。

关键词：岩石力学,核废料处置,离散元,地质封存,数值模拟,储罐—岩石作用

基金资助：国家自然科学基金项目“压缩空气储能地下储气库FRP密封结构界面失效机理与设计方法研究”(52178381)