高放廢物地質(zhì)處置是核工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈最后一環(huán)，關(guān)乎著核工業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。地質(zhì)處置是目前國際上公認(rèn)的解決方案，即將高放廢物進(jìn)行玻璃固化處理，密封在金屬罐體內(nèi)，然后深埋于地下硐室，使之與生物圈隔離，從而減小對環(huán)境的影響。 

　　緩沖材料放置在金屬罐體與地下硐室之間，除了保護(hù)罐體不受機(jī)械沖擊、封堵天然裂隙和吸附放射性離子外，還可將罐體表面因化學(xué)、生物作用而產(chǎn)生的氣體排出，以避免氣壓聚集，對屏障系統(tǒng)的密封性造成損傷。然而在長期的地下封存過程中，罐體內(nèi)高放廢物還將衰變放熱，溫度對緩沖材料氣滲特性的影響不容忽視。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備等條件的限制，目前研究較少涉及到實(shí)時(shí)高溫與應(yīng)力耦合作用下緩沖材料氣滲特性演化規(guī)律。 

　　中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所巖體工程多場耦合效應(yīng)學(xué)科方向組自主研發(fā)了THM（溫度-滲流-應(yīng)力）耦合試驗(yàn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)高溫與應(yīng)力耦合作用下低滲材料氣體滲透率的精確測量，系統(tǒng)開展了實(shí)時(shí)高溫與應(yīng)力耦合作用下緩沖材料試樣的氣滲特性演化規(guī)律及其機(jī)理研究。基于等效穩(wěn)態(tài)法，在不改變試樣飽和度的條件下，測量了試樣在不同實(shí)時(shí)高溫與圍壓加卸載作用下的體積變形和有效氣體滲透率；并采用應(yīng)變片獲得了變溫與圍壓加載過程中試樣的變形，進(jìn)而分析了變溫與圍壓荷載對樣品氣滲與變形特性的影響規(guī)律。 

　　研究發(fā)現(xiàn)，在實(shí)時(shí)高溫下，溫度升高會增大試樣圍壓加載時(shí)的壓縮變形，而對圍壓卸載時(shí)的變形恢復(fù)影響不明顯；且相同溫度條件下加、卸載過程中的有效氣體滲透率與試樣連通孔隙率之間均存在良好的指數(shù)關(guān)系。結(jié)合巖石核磁共振（NMR）掃描結(jié)果，對升溫導(dǎo)致試樣氣體滲透率減小的機(jī)理做出了解釋：（1）升溫增大了試樣的壓縮變形，降低了連通孔隙率；（2）升溫加劇了氣體分子的滑脫效應(yīng)，增大了氣流通過孔隙通道的阻力；（3）孔隙水受熱膨脹改變了其在試樣中的分布，進(jìn)一步壓縮了連通孔隙的有效喉徑。相關(guān)研究成果為高放廢物地質(zhì)處置工程的設(shè)計(jì)、施工與安全管控提供了理論和技術(shù)支撐。 

　　相關(guān)研究成果已發(fā)表在本學(xué)科知名學(xué)術(shù)期刊《Engineering Geology》、《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》、《巖土力學(xué)》上。  

　　論文鏈接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013795218307919 

　　http://rockmech.whrsm.ac.cn/CN/abstract/abstract31766.shtml 

　　http://ytlx.whrsm.ac.cn/CN/10.16285/j.rsm.2021.0993

圖1 緩沖材料滲透率與溫度、連通孔隙率的關(guān)系圖

圖2 緩沖材料在變溫過程中的T₂馳豫時(shí)間分布圖譜

圖3 溫度對緩沖材料滲透率的影響機(jī)理：（左）升溫前；（右）升溫后