考虑多场耦合效应的核废料深地质处置库围岩传输特性演化机制

核废料深地质处置性能评价是国际岩石力学研究的前沿课题，涉及深埋处置库围岩开挖扰动效应与损伤机制、热-水-力-迁移多场耦合机理与传输特性演化等关键科学问题。本项目以连续介质力学、损伤力学和热力学原理为基础，以多场耦合过程中处置库围岩的传输特性演化机理为主线，采用试验、理论分析和数值模拟相结合的方法，通过开展处置库围岩在多场耦合过程中的损伤演化机理以及渗透特性、热传导特性和弥散特性演化规律研究，建立开挖、热应力、渗透压力耦合作用条件下处置库围岩的损伤演化模型，揭示热-水-力耦合诱发损伤过程中处置库围岩的渗透特性、热传导特性和弥散特性演化规律，建立深埋处置库围岩热-水-力-迁移耦合模型与分析方法。研究成果对于深化热-水-力耦合过程中处置库围岩的损伤机理与传输特性演化规律的认识具有重要理论意义，对于解决核废料深地质处置长期性能评价与安全控制问题、确保核能的安全利用与可持续发展具有重大应用价值。

围绕深埋条件下核废料处置库围岩变形损伤特性及传输特性演化机理等关键科学问题，开展热-水-力耦合过程中处置库围岩的宏细观损伤机制、考虑多场耦合效应的处置库围岩渗透特性演化规律、考虑多场耦合效应的处置库围岩热传导特性演化机制、考虑多场耦合效应的处置库围岩弥散特性演化机制、处置库围岩热-水-力-溶质迁移过程耦合分析方法等内容的研究。经过四年的努力，取得的主要成果如下：.（1）研发了低渗岩石三轴压缩-水/气渗流耦合试验技术，建立了热水力耦合条件下岩石各向异性损伤及其诱发的渗透特性与热传导特性演化细观力学模型，较为系统地揭示了岩石热水力耦合的细观机制。.（2）研发了结构面初始开度精确重构技术和透明复制裂隙溶质迁移试验装置，揭示了裂隙形貌和开度分布对其传输特性和黏性指进发展过程的影响；建立了变形条件下结构面非饱和渗流模型与有效应力原理，揭示了粗糙裂隙非线性渗流的三种机制，首次提出了粗糙裂隙Forchheimer流非线性系数参数化表征的单参数模型和双参数模型以及非线性流态判别的临界雷诺数模型。.（3）建立了考虑变形与滞回效应的土水特征曲线模型、考虑非饱和土颗粒黏结效应的弹塑性本构模型以及弹塑性变形与毛细滞回全耦合模型，给出了考虑多场耦合效应的非饱和土热传导特性演化的组分结构模型和细观力学模型，较为系统地揭示了非饱和土的热水力耦合特性。.（4）建立了基于多尺度均匀化的裂隙岩体弹塑性损伤与渗透特性演化模型，研发了岩土介质多场多相耦合分析和水力耦合分析软件；结合北山预选区概念模型，揭示了处置库围岩的开挖扰动效应、应力重分布特征以及开挖引起的渗透特性演化规律。.（5）揭示了钻孔高压压水试验P-Q曲线的类型、特征及其与注水压力、岩体完整性和地应力水平的内在联系，建立了基于Izbash定律和Forchheimer定律的岩体非线性渗流参数解析模型，推荐了高压压水试验过程中线性段、非线性段和水力劈裂段岩体渗透系数的估算公式，研究成果将纳入正在修订的《水电工程钻孔压水试验规程》。.在本项目资助下，共发表学术论文33篇，其中SCI收录论文21篇，EI收录论文31篇；出版专著1部；获湖北省科技进步一等奖1项、国家科技进步二等奖1项；获批国家发明专利2项、实用新型专利2项、软件著作权登记2项；培养师资博士后1名、博士研究生14名、硕士研究生18名，一篇博士学位论文入选湖北省百篇优秀博士学位论文。