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研究生:陳昶銓
研究生(外文):Chang Chiuan
論文名稱:應用有限元素法模擬深地層岩盤內開挖孔之入滲量與間距關係
論文名稱(外文):A Simulation of The Relationship Between The Quantity of In-filled Water and Spacing of Excavated Holes in Deep Underground Rocks using Finite Element Method
指導教授:林志森林志森引用關係
指導教授(外文):Chihsen T.Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄第一科技大學
系所名稱:營建工程所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:215
中文關鍵詞:岩盤水力特性
外文關鍵詞:FEHM
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高放射性廢棄物含有核分裂產物及長半衰期之放射性物質,對人類及生活環境具有潛在性危險,須採取與人類生活環境長期隔離方式處理。經過技術、經濟、安全等多層面之評估與相關研究顯示,目前以深層地質處置(Deep Geologic Disposal)方式來處理用過核燃料或高放射性廢料被認為較穩定且安全之措施。
本研究主要探討深地層岩盤內開挖孔之入滲量,且以瑞典KBS-3V處置孔為設計規範,應用美國洛薩拉摩國家實驗室(Los Alamos National Laboratory) George A.Zyvoloski 等研究員於1988 年所發展之有限元素程式FEHM程式,藉此程式進行兩種模式分析,1.模擬深地層岩盤內開挖孔之入滲量與間距關係,進而找出處置孔之最佳間距;2.處置孔在開挖時會形成開挖損壞區(Excavation Damaged Zone 簡稱EDZ),而岩石EDZ範圍將會對處置孔周圍岩體之入滲量產生變化,故分析EDZ範圍對開挖孔入滲量之敏感度。而最後再針對上述所研究的內容進行整理得到結論與建議。
The high-level radioactive waste has nuclear substance that could potentially endanger the human’s life and environment. Therefore, it is necessary to find a suitable method to isolate the waste from human’s life circle permanently. Currently, the method of deep geological disposal for radioactive waste has been chosen by all the nuclear-using countries. The assessment of disposal methods in view of technology, economics and safety and research results indicate that the Deep Geologic Disposal method is considered as the most stable and secure method to disposal Spent Nuclear fuel or high-level radioactive waste.
The main purpose of this study is to calculate the quantity of in-filled water of excavated holes in deep underground rock. The design code for the KBS-3V hole and a Finite Element program, FEHM, originally developed by Zyvoloski et al. in 1998 in Los Alamos National Laboratory, were employed in this thesis. Two types of numerical simulation were conducted: (1) the simulation of the relationship between the quantity of in-filled water and the spacing of excavated holes and further identification of the optimum spacing between the disposal holes; (2) the influence and sensitivity study of the excavation damaged zone (Excavation Damaged Zone, EDZ), which is usually formed in the period of hole excavation, to the infiltration to the excavated hole.
摘要 I
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機與目的 1
1.3研究內容 2
第二章 文獻回顧 4
2.1高放射性廢棄物處置之相關研究 4
2.1.1處置場地層母岩之選擇 4
2.1.2緩衝材料與包封容器之設計 7
2.1.3核廢料處置方式 9
2.1.4多重屏障系統 14
2.2基本水力性質 20
2.2.1 孔隙率( ,Porosity) 20
2.2.2 滲透係數(K,Permeability) 20
2.2.4 達西定律 22
2.3耦合岩石之熱-水-力行為研究 23
第三章數值分析程式介紹 26
3.1 有限元素法 26
3.1.1有限元素法之概述 26
3.1.2 有限元素法之數學理論 29
3.1.3有限元素法分析過程順序 33
3.2 FEHM程式之概述 34
3.2.1 FEHM程式之功能與適用性 34
3.2.2 FEHM程式之巨集介紹 36
3.3 FEHM程式之前處理 39
3.3.1程式之控制檔 40
3.3.2程式之輸入檔 41
3.3.3程式輸出檔之說明 43
3.4 程式執行過程 45
3.5 FEHM程式之範例介紹 53
3.5.1飽和層之水流問題 53
第四章 處置孔之滲透係數分析結果與探討 58
4.1不同間距下之雙孔案例分析結果與探討 58
4.1.1處置孔設計與分析網格之介紹 58
4.1.2邊界條件之設定 60
4.1.3材料參數之選定 63
4.1.4處置孔之平均入滲量 64
4.1.5相同間距對不同網格之分析 65
4.1.6時間步階(Δt)之敏感度分析 65
4.1.7不同間距下之雙孔案例分析結果 66
4.2相同間距下之雙孔案例分析結果與探討 80
4.2.1處置孔設計與分析網格之介紹 81
4.2.2邊界條件之設定 81
4.2.3材料參數之選定 81
4.2.5相同間距下EDZ及滲透係數增量對入滲量之分析結果 83
第五章結論與建議 89
5.1結論 89
5.2建議 91
參考文獻 92
附錄A 95
附錄B 100
附錄C 129
附錄D 158
附錄E 163
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【6】陳乃嗚,2004,岩盤內受熱開挖孔間之熱傳導特性研究,國立高雄第一科技大學碩士論文。
【7】陳文泉,2004,高放射性廢棄物深層地質處置緩衝材料之回脹行。為研究,國立中央大學博士論文。
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