岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (8): 2676-2696.doi: 10.16285/j.rsm.2025.1019CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.1019
吴如芸1,陈世万1, 2,兰旭东1,王璟1
WU Ru-yun1, CHEN Shi-wan1, 2, LAN Xu-dong1, WANG Jing1
摘要: 高放废物安全处置是核电可持续发展的前提,由于前期开挖支护等施工干扰以及后期核素衰变持续放热,高放废物处置库围岩经历“开挖―支护―升温―降温”,使围岩内裂隙经历温度条件下循环剪切过程,对处置库密闭性能存在潜在影响。为查明处置温度下岩石裂隙剪切变形-渗流特性,以中国高放废物地质处置库主岩——甘肃北山花岗岩裂隙为研究对象,采用新型热-水-力耦合试验系统,开展控制温度条件下恒法向刚度循环剪切-渗流试验,揭示了考虑温度影响的恒法向边界刚度下花岗岩裂隙剪切变形-渗流演化机制。结果表明:(1)初次正向剪切过程,裂隙变形-渗流演化受主级粗糙结构控制,水力隙宽随剪切变形先急剧增大后逐渐稳定于较高水平;后续剪切循环过程水力隙宽变化不明显,法向变形持续表现为正向剪缩、反向剪胀。(2)低法向边界刚度下(kn=0.8、2 GPa/m)花岗岩裂隙水力隙宽响应敏感,剪缩转为剪胀时水力隙宽突增高达6.5倍;较高法向边界刚度下(kn=4 GPa/m)各回次剪切循环后产生剪缩残余量达4.12%,水力隙宽较上一加载过程降低9.84%。(3)升温对花岗岩裂隙剪切过程变形和渗流特征影响显著。初次剪切循环过程,随着温度的升高,水力隙宽波动减缓;后续剪切循环中,90 ℃下各剪切循环后产生剪缩残余量高达26.31%;升温引起花岗岩裂隙渗透性显著降低,60 ℃和90 ℃下水力隙宽分别减小至25 ℃下水力隙宽的0.386和0.081。(4)相较低粗糙度裂隙(裂隙面粗糙度系数JRC=10.31),较高粗糙度裂隙(JRC=15.53)剪切循环过程中渗透性能显著降低,水力隙宽降低高达40.10%。研究成果可为高放废物地质处置工程长期安全性评价提供重要参考,升温和循环剪切花岗岩裂隙渗透性降低的发现为高放废物处置和压缩空气储能等工程密闭性提供了有利条件。
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