Modelování hydratace bentonitu v hlubinném úložišti při nehomogenním přítoku vody z horniny

Ing. Ilona Hančilová

Doctoral thesis

Modelling of bentonite hydration in the deep geological repository with inhomogeneous inflow from rock

Abstract:

Plánování hlubinného úložiště vyhořelého jaderného paliva je aktuálním problémem v České republice i ve světě. Pro jeho správnou funkčnost a bezpečnost je důležitá analýza procesů, které budou probíhat v jeho přírodních i inženýrských bariérách. Jedním z uvažovaných dějů je hydratace bentonitu, kterou se tato disertační práce zabývá na základě numerických simulací. Zaměřuje se přitom na nehomogenní přítok podzemní vody, který způsobuje nerovnoměrné sycení bentonitu a zapříčiňuje jeho netriviální chování (bobtnání, plasticita). V práci je prokázána použitelnost méně obvyklé koncepce s nelineární difuzivitou závisloudna stupni saturace, která ekvivalentně nahrazuje standardně používanou Richarsovu rovnici na modelech s netriviálně definovanými okrajovými podmínkami. Pomocí jejich různých variant je realizován vliv sycení puklinami a okolní horninovou matricí na hydrataci. Vyhodnocena je také citlivost úloh na uvažovanou propustnost okolní horniny a výsledky jsou v některých případech srovnány s měřenými daty, nebo s výsledky jiných výzkumných skupin. V rámci disertační práce bylo také demonstrováno řešení sdruženého hydro-mechanického problému. Řešené modely vychází z rozsáhlých in situ experimentů "Bentonite Rock Interaction Experiment" a "Prototype Repository" realizovaných v rámci mezinárodního projektu "Task Force on Engineered Barrier Systems".

Abstract:

Planning a deep repository of spent nuclear fuel is a current issue of research groups not only in the Czech Republic. The analysis of processes, which will occur in its natural and engineered barriers, is necessary for the proper functionality and safety of the repository. One of the considered processes is bentonite hydration. Numerical simulations of bentonite hydration is the topic of this thesis, which focuses on the inhomogeneous groundwater inflow that causes non-uniform bentonite saturation and other non-trivial behaviour (plasticity, swelling). This thesis demonstrates the applicability of a less common conception, with the nonlinear diffusivity dependent on the degree of saturation, which approximates standardly used Richards' equation. Problems are simulated with different variants of non-trivial boundary conditions, which represent the influence of fractures or rock matrix on bentonite hydration. Sensitivity of the problems on the rock permeability is also evaluated. Some of the results are compared with measured data or with results of other research groups. A solution of the coupled hydro-mechanical problem is also demonstrated within the thesis. Solved models are based on the large-scale in situ experiments "Bentonite Rock Interaction Experiment" and "Prototype Repository", which were realized within the international project "Task Force on Engineered Barrier Systems".

Keywords

hydratace, bentonit, hlubinné úložiště vyhořelého jaderného paliva, numerické simulace, ANSYS

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 9. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 14. 12. 2015
• Supervisor: doc. Ing. Milan Hokr, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Doctoral programme / field:
Applied Science in Technology / Applied Science in Technology