基于地震应力多维耦合因素作用下退役铀尾矿库滩面氡析出机理与智能预测

Decommissioning of uranium tailings is long-term potential radioactive pollution source, and the superposition effect of natural disasters will pose a major threat to its security. Therefore, the national requirements to improve the ability to withstand natural disasters of the uranium tailings according to the IAEA safety standards.The migration and diffusion of radioactive contaminants (especially for radon) in uranium tailings pond to surrounding environment are mainly through beach-face, therefore, the stability of overlying soil radon-proof layer over the beach-face under the superimposed effect of natural hazards is the key scientific problem.. This project aims at analyses of physical-mechanical environment and radon exhalation mechanism of decommissioned uranium tailings pond beach-face under the effect of superimposed effect caused by earthquake. Through theoretical analysis, in-situ measurements and simulation test for seismic stress, the fracture mechanism of overlying soil radon-proof layer, the mechanism of radon migration and the regularity of their spatio-temporal evolutions will be studied, then propose the calculation method for radon exhalation under seismic stress-flow coupling effect. Thereafter, on the basis of fractal theory and intelligence algorithm, the calculation and prediction models of radon exhalation from beach-face under the effect of multi-dimensional stochastic coupling factors will be built. This study will make remarkable contribution to the improvement of anti-disaster ability for uranium tailings pond, and play an important role in providing scientific evidence for drafting relative national standards and predicting earthquake. The project would be of greatly practical significance of the emergency management and disposal to decommissioning uranium tailings and earthquake disasterhas.

退役铀尾矿库是长期潜在的放射性污染源，自然灾害的叠加效应将对其安全构成重大威胁，国家明确要求按照IAEA安全标准提升铀尾矿库抵御自然灾害的能力。铀尾矿库的放射性污染物主要通过滩面向周边环境迁移扩散，而滩面覆土控氡层在自然灾害叠加作用下的致裂机理、氡析出机理是研究的关键科学问题。. 本项目拟针对退役铀尾矿库滩面在地震叠加效应下的应力场重构和氡迁移演化规律，开展理论分析、现场测试、地震应力模拟试验，研究铀尾矿库滩面覆土控氡层的致裂机理、迁移机理与时空演化规律，提出地震应力-渗流氡析出耦合计算的方法，建立基于分形理论和智能算法的滩面多维耦合因素氡析出方程和智能预测模型，为铀尾矿库退役治理提供理论依据，提升其抵御自然灾害叠加效应的能力，揭示地震条件下氡析出的异常机理，探索氡浓度变化地震预测技术，本项目的研究对退役铀尾矿库安全稳定和地震灾害应急管理与处置具有重大指导作用。

我国开展铀矿冶工作已60年有余，长期以来，退役铀尾矿库的环境保护及治理工作是摆在科研工作者面前的一大难题。氡的防治是铀尾矿库放射性防护方面的核心工作，因此地震应力下氡的耦合析出规律研究是着眼于退役铀尾矿库防氡的重要基础研究课题，它对于改善铀尾矿库辐射环境状况、保障退役铀尾矿库长期稳定性具有重要的工程与现实意义。.本项目围绕地震作用下铀尾矿库长期稳定性和氡析出规律，通过运用理论分析、相似模拟、模型试验及参数敏感性分析等研究手段，开展了多铀尾矿库滩面氡的耦合析出特征试验及理论研究，取得研究成果如下：.（1）基于相似理论原理，选取铀尾砂与本地红土为原材料，制备干燥、自然和饱和三种含税状态下铀尾矿库滩面覆土层试样，基于自制三维耦合氡析出测量试验装置，进行了相应的物理力学测试试验，并开展了双向低频振动下铀尾矿库滩面覆土层氡析出试验。构建了氡析出率与振动频率、含水率、覆土层厚度、光照、温度等因素之间的映射关系，探讨了上述影响因素对氡析出规律的影响。.（2）通过自制的中型双向载荷振动试验平台，基于SOLIDWORKS建模仿真软件对设计并优化搭载了人工微气候试验平台。基于不同边界条件下多孔介质氡析出迁移模型，通过地震条件下滩面覆土层的氡析出试验，建立了滩面覆土层氡析出率的分形演化模型，提出了现场氡浓度的现代测量技术，构建了氡浓度变化的人工神经网络预测模型，较好地实现了氡析出规律的非线性预测。.（3）采用表面迹线扫描技术，对铀尾矿库表面进行了裂隙扫描，基于分形理论，构建了不同统计参数下滩面随机节理裂隙网络模型（DFN），基于多孔介质氡运移模型，结合计算流体力学（CFD）方法，对裂隙条件下氡运移规律进行了研究，建立了饱和-非饱和水流溶质运移的数学模型，实现了对不同节理裂隙参数下多孔介质氡析出的数值仿真研究.研究成果将对地震应力下铀尾矿库长期稳定性具有重要的现实意义，且通过氡的析出迁移量与地震应力之间响应关联的探究，对提高放射性核素氡的辐射防护设计研究也有重要参考价值。