[发明专利]一种离散裂隙网络评价放射性核素在岩石裂隙中迁移的方法

说明书

技术领域

本发明属于放射性废物处置领域，涉及一种离散裂隙网络评价放射性核素在岩石裂隙中迁移的方法。

背景技术

高放废物是指核废物中放射性比活度高(占所有核废物放射性强度的97％),释热量大，操作和运输过程中需要特殊防护，主要包括乏燃料后处理过程中产生的高放废液及其固化体和准备直接处置的乏燃料以及相应放射性水平的其它废物。高放废物地质处置的总要求是让所处置的高放废物与人类的生存环境相隔绝。因此，高放废物地质处置都采用多重屏障系统，以阻止或减弱一旦在处置库系统失效后放射性核素由近场进入远场和生物圈。多重屏障分天然屏障(处置库围岩)和人工工程屏障(包括废物体、废物容器、外包装、缓冲材料和回填材料等)两大部分。因此，所选的处置库场地在区域构造和工程地质稳定性方面要符合选址要求，处置库围岩的渗透性要低，对核素的吸附性要好，地下水的流速要缓慢，这些是天然屏障的最基本要求。

目前，可作为处置库围岩的主要有花岗岩和粘土岩两大类，花岗岩由于其具有低渗透率，较好的导热性，较强的离子交换能力和吸附能力等优点，是当前国际上高放废物地质处置研究的重点围岩之一。我国已在甘肃北山花岗岩预选场址开展了大量的研究工作，取得了阶段性的成果。然而花岗岩中广泛分布的裂隙降低了岩体强度，同时它也构成了放射性核素在处置系统中迁移的通道，加快核素迁移的速度，缩短了核素到达生物圈的时间，因此处置库裂隙是高放废物地质处置场址评价和处置库建设所要重点考虑和研究的内容。

描述裂隙介质的典型模型有等效连续介质模型、双孔介质模拟、管道流模型、统计连续模型和离散网络模型。

发明内容

本发明的首要目的提供一种离散裂隙网络评价放射性核素在岩石裂隙中迁移的方法，从而有效提高计算效率，并有效的指导安全评价的源项计算工作的开展。

为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种离散裂隙网络评价放射性核素在岩石裂隙中迁移的方法，其依次包括如下步骤，

1)野外裂隙的实测统计及参数拟合；

输入由统计资料确定的各组裂隙面服从的密度分布参数。裂隙的几何参数不可能进行逐个测量，只能对相对不多的裂隙进行采样测量，然后根据统计分析理论求出其统计规律。根据目前对岩体裂隙几何分布的研究成果以及工程实践可知，岩体裂隙的几何参数一般服从某一种或几种概率密度分布。一般来说，裂隙中心点位置服从研究域内的均匀分布；迹长服从负指数分布或对数正态分布；产状(二维裂隙网络用裂隙的方向角描述)通常服从Bingham分布、单变量或双变量Fisher分布、双变量正态分布或对数正态分布、均匀分布等；张开度服从负指数分布或正态分布。在具体实际工程应用中，首先利用钻孔法、测线法或者测窗法从现场采集数据，然后根据数据拟合来确定裂隙几何要素分布概率密度函数以及分布函数的参数。表1所示为几种典型概率分布函数及随机变量的取值。

表1几种典型概率分布函数及随机变量的取值

2)离散裂隙网络的生成及裂隙网络中不连通性裂隙和死端裂隙的删除；

裂隙网络的生成主要采用Monte-Carlo模拟技术，在利用统计学原理获得裂隙的特征参数后，通过计算机产生随机数，进而产生符合裂隙分布概率模型的随机变量，模拟各组裂隙各要素及分布。对于二维随机裂隙网络，裂隙的形态主要由裂隙中心点、迹线长度和方向角或倾角3个参数来确定。

在三维坐标中假定一个二维裂隙生成域，将优势裂隙面产状进行视倾角转换，采用ment-carlo法生成裂隙，裂隙网络生成之后，如图1所示并非所有的裂隙都是有效的裂隙，在整个裂隙网络中，只有具有导水能力的连通裂隙才具有研究价值，不连通的裂隙在渗流场中只起贮水作用，因此程序处理中将不具导水能力的裂隙和死端裂隙进行了删除，从而最终形成连通裂隙网络。裂隙网络简化的具体做法是判断某一裂隙与其他裂隙及边界的交点数，当交点数小于等于1时即将裂隙去掉，同时将导水裂隙伸出来的孤立的一段也去掉，如此循环几次可得到对渗流和传质过程有贡献的裂隙网络。

3)计算裂隙网络中节点水头；

二维裂隙网络中水头和流速可以通过解式(1)动量守恒方程和式(2)质量守恒方程求得。

式中：式(1)右边第二项代表摩擦力引起的水头降，u为裂隙中的头流速(SI单位：m/s)，ρ为水的密度(SI单位：kg/m3)，p为水头(SI单位：m)，dh为水力半径(见式(3))，fd(无量纲)为达西摩擦因子(见式(4))，F为体积力(SI单位：N/m3)。