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Student Number 92322049
Author Yi-Hao Sun(蘇依豪)
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Department Civil Engineering
Year 2004
Semester 2
Degree Master
Type of Document Master's Thesis
Language zh-TW.Big5 Chinese
Title 最終處置場緩衝材料地下水入侵模擬研究
Date of Defense 2005-07-07
Page Count 107
Keyword
  • buffer material
  • finite element method
  • water retention curve
  • Abstract Most countries make choice of deep geologic disposal as the best method to achieve the isolation and retardation of nuclide migration by multiple barriers. In an underground disposal site, the radioactive wastes are encapsulated in containers surrounded by a buffer material and the excavation backfilled with a mixture of clay and sand. Bentonites serve as buffer material in an engineered barrier system for isolation of high-level radioactive wastes.
    This research investigates the hydraulic behavior of the buffer material, in order to provide a basis for evaluating the thermal-hydro-mechanical (THM) coupling effects in a underground repository. Water uptake tests were conducted on bentonite specimens prepared at different densities to simulate groundwater intrusion to the buffer material. With these tests the degree of saturation (and void ratio) can be plotted as a function of the distance from the water inlet. The finite element program ABAQUS was used to perform numerical simulation of the hydraulic behavior of the buffer material. By comparing the experimental results and the numerical simulation, a model for describing the hydraulic behavior of buffer material was developed. In addition, material parameters suitable for Zhisin clay, a potential buffer material for Taiwan, are recommended based on the analysis.
    Table of Content 目錄
    摘要I
    目錄IV
    圖目錄VI
    第一章 緒論1
    1.1研究動機1
    1.2研究目的與內容2
    第二章 文獻回顧4
    2.1 高放射性廢棄物的處理方式4
    2.2 熱-水力-機械-化學耦合作用6
    2.3 深地層處置場受地下水入侵影響9
    2.4 國內THMC相關研究10
    2.4.1熱學模擬10
    2.4.2水力模擬11
    2.4.3機械模擬11
    2.4.4化學傳輸模擬12
    2.5 模擬方向13
    第三章 模擬與試驗方法14
    3.1 基礎理論14
    3.1.1 有效應力理論(the effective stress theory)14
    3.1.2 平衡(equilibrium)15
    3.1.3 組成行為(constitutive behavior)17
    3.1.4質量守恆(mass conservation)21
    3.2 孔隙水流特性24
    3.2.1 滲透係數(permeability)24
    3.2.2 持水曲線(water retention curve)25
    3.2.3 回脹膠體(swelling gel)27
    3.2.4 水份回脹(moisture swelling)27
    3.3 元素網格與邊界條件28
    3.4 分析軟體29
    3.5 輸入參數30
    3.5.1水力性質30
    3.5.2材料性質32
    3.6 攝取水試驗33
    3.6.1攝取水試體製作34
    3.6.2單向度攝取水試驗34
    第四章 程式模擬37
    4.1 套用MX-80材料參數模擬37
    4.1.1模擬結果驗證37
    4.1.2歷時曲線40
    4.2 回脹膠體的影響43
    4.2.1膠體粒徑46
    4.2.2膠體含量48
    4.2.3膠體回脹倍數51
    4.3 材料特性影響53
    4.3.1滲透係數53
    4.3.2持水曲線56
    4.3.3初始條件58
    4.3.4滲透係數與飽和度關係63
    4.3.5邊界水壓65
    4.4 小結67
    第五章 日興土攝取水試驗69
    5.1 日興土攝取水試驗69
    5.1.1 試驗材料69
    5.1.2 日興土攝取水試驗結果71
    5.2 推估日興土材料參數80
    5.3 案例分析87
    5.3.1模型建立87
    5.3.2 分析結果90
    第六章 結論與建議93
    6.1 結論93
    6.2 建議95
    參考文獻96
    圖目錄
    圖2.1 瑞典放射性廢棄物處理與處置示意圖5
    圖2.2 瑞典SR-97之緩衝材料THMC作用示意圖(陳文泉,2002)8
    圖3.1 吸附/脫附典型曲線26
    圖3.2 不飽和狀況下的飽和度 發展27
    圖3.3 攝取水試驗模型網格28
    圖3.4 MX-80持水曲線31
    圖3.5 攝取水試體壓製模具示意圖35
    圖3.6 攝取水試驗儀器示意圖36
    圖4.1 SKB攝取水試驗結果39
    圖4.2 程式模擬結果39
    圖4.3 飽和度歷時曲線41
    圖4.4 孔隙壓力歷時曲線41
    圖4.5 膠體體積比歷時曲線42
    圖4.6 孔隙比歷時曲線42
    圖4.7 黏土顆粒回脹示意圖43
    圖4.8 未考慮膠體影響的飽和度變化45
    圖4.9 未考慮膠體影響的孔隙比變化45
    圖4.10 不同膠體粒徑下試體之飽和度變化47
    圖4.11 不同膠體粒徑下試體之孔隙比變化47
    圖4.12 膠體含量對試體飽和度之影響50
    圖4.13 膠體含量對孔隙比變化之影響50
    圖4.14 膠體回脹倍數影響之飽和度變化52
    圖4.15 膠體回脹倍數影響之孔隙比變化52
    圖4.16 滲透係數對試體之飽和度變化的影響55
    圖4.17 滲透係數對孔隙比變化之影響55
    圖4.18 持水曲線輸入參數57
    圖4.19 持水曲線對飽和度變化之影響57
    圖4.20 持水曲線對孔隙比變化之影響58
    圖4.21 改變初始飽和度對飽和度之影響60
    圖4.22 改變初始飽和度對孔隙比之影響60
    圖4.23 改變初始孔隙比對飽和度之影響62
    圖4.24 改變初始孔隙比對孔隙比之影響63
    圖4.25 變化 δ值對飽和度變化之影響64
    圖4.26 變化δ值對孔隙比變化之影響65
    圖4.27 邊界靜水壓對飽和度變化之影響66
    圖4.28 邊界靜水壓對孔隙比變化之影響67
    圖5.1日興土粒徑分佈曲線71
    圖5.2日興土攝取水試驗之飽和度曲線試驗值(乾密度1.5g/cm3)73
    圖5.3日興土攝取水試驗之飽和度曲線試驗值(乾密度1.7g/cm3)73
    圖5.4日興土攝取水試驗之飽和度曲線試驗值(乾密度1.9g/cm3)74
    圖5.5日興土攝取水試驗經修正後之飽和度曲線(乾密度1.5g/cm3)74
    圖5.6日興土攝取水試驗經修正後之飽和度曲線(乾密度1.7g/cm3)75
    圖5.7日興土攝取水試驗經修正後飽和度曲線(乾密度1.9g/cm3)75
    圖5.8日興土不同乾密度之飽和度曲線(0.5天)78
    圖5.9日興土不同乾密度之飽和度曲線(1天)78
    圖5.10日興土不同乾密度之飽和度曲線(2天)79
    圖5.11日興土不同乾密度之飽和度曲線(4天)79
    圖5.12日興土持水曲線83
    圖5.13日興土乾密度1.5 g/cm3之飽和度曲線(攝取水試驗結果)84
    圖5.14日興土乾密度1.5 g/cm3之飽和度曲線(程式分析結果)84
    圖5.15日興土乾密度1.7g/cm3之飽和度曲線(攝取水試驗結果)85
    圖5.16日興土乾密度1.7g/cm3之飽和度曲線(程式分析結果)85
    圖5.17日興土乾密度1.9 g/cm3之飽和度曲線(攝取水試驗結果)86
    圖5.18日興土乾密度1.9 g/cm3之飽和度曲線(程式分析結果)86
    圖5.19 MX-80與日興土持水曲線輸入值89
    圖5.20 模擬處置場所用柱狀網格尺寸示意圖90
    圖5.21 厚度與飽和時間關係(MX-80)92
    圖5.22 厚度與飽和時間關係(日興土)92
    表目錄
    表3.1 模型網格收斂比較29
    表3.2 MX-80物理性質分析30
    表3.3 滲透係數與孔隙比關係31
    表3.4 水份回脹程序33
    表4.1 改變膠體粒徑之膠體輸入參數48
    表4.2 改變膠體含量之膠體輸入參數49
    表4.3 改變膠體回脹倍數之膠體輸入參數53
    表4.4 滲透係數輸入參數54
    表4.5 改變初始飽和度之初始參數輸入61
    表4.6 改變初始孔隙比之初始參數輸入62
    表4.7 孔隙比變化量63
    表5.1 日興土物理性質分析70
    表5.2 試體初始乾密度對應之孔隙比72
    表5.3 日興土攝取水試驗之初始條件82
    表5.4 日興土膠體參數的輸入值82
    表5.5 日興土滲透係數83
    表5.6 案例分析網格元素88
    表5.7 MX-80與日興土膠體參數輸入值88
    表5.8 MX-80與日興土滲透係數輸入值89
    表5.9 MX-80與日興土初始參數輸入值89
    表5.10 MX-80於不同緩衝材料厚度飽和所需時間(年)91
    表5.11 日興土於不同緩衝材料厚度飽和所需時間(年)91
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    Advisor
  • Wei-Hsing Huang(黃偉慶)
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    Date of Submission 2005-07-14

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