基于统计均质区方法的裂隙几何及渗流特性评价.pdf
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1、第4 2卷 第4期2 0 2 3年 7月 地 质 科 技 通 报B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y V o l.4 2 N o.4J u l.2 0 2 3李露露,李牧阳,周志超,等.基于统计均质区方法的裂隙几何及渗流特性评价J.地质科技通报,2 0 2 3,4 2(4):2 8 8-2 9 8.L i L u l u,L i M u y a n g,Z h o u Z h i c h a o,e t a l.A s s e s s m e n t o f f r a c
2、 t u r e s g e o m e t r i e s a n d s e e p a g e c h a r a c t e r i s t i c s b a s e d o n s t a t i s t i c a l h o m o g e n e o u s z o n e m e t h o dJ.B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2 0 2 3,4 2(4):2 8 8-2 9 8.基金项目:核设施退役及放射性废物治理专项项目(科工二司2 0 1
3、71 4 0 5号)作者简介:李露露(1 9 9 4),女,现正攻读水利工程专业博士学位,主要从事核素迁移数值模拟研究工作。E-m a i l:l u l u l i_7 9 9 21 6 3.c o m通信作者:邵景力(1 9 5 9),男,教授,博士生导师,主要从事水文学及水资源专业的教学和科研工作。E-m a i l:j s h a o c u g b.e d u.c n E d i t o r i a l O f f i c e o f B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o
4、 g y.T h i s i s a n o p e n a c c e s s a r t i c l e u n d e r t h e C C B Y-N C-N D l i c e n s e.基于统计均质区方法的裂隙几何及渗流特性评价李露露1,李牧阳1,周志超2,张秋兰1,崔亚莉1,邵景力1(1.中国地质大学(北京)水资源与环境学院,北京 1 0 0 0 8 3;2.核工业北京地质研究院,北京 1 0 0 0 2 9)摘 要:综合分析岩体裂隙几何特征及渗流特性是高放废物处置库场址适宜性评价中关键内容之一。利用北山预选区新场地段中部B S 3 2、B S 3 6和B S 3 9钻孔试验
5、及其周围的裂隙现场调查结果,以裂隙产状及线密度为指标对钻孔进行定量均质区划分,并辅以渗透张量理论得到钻孔裂隙岩体渗透性大小及渗透主方向。研究结果表明:新场地段UR L(地下实验室)场址区发育4组优势裂隙,其产状分别为2 7 9 7 9,9 8 7 6,2 2 7 7 9 和3 6 7 6,尤以EW向和NN E向最发育。节理裂隙以陡倾角(6 0)的剪节理为主,同时伴有少量张节理,裂隙倾向、倾角呈正态分布特征。与现场水力试验结果相比较,钻孔整体综合渗透系数处于1 0-1 31 0-9 m/s数量级范围,主渗透方向主要是NN E向、近EW向及S E向,NN E向及近EW向为裂隙岩体优势渗流通道,其渗
6、透张量主值较大。位于新场地段2条近EW向的F6,F7断裂以及与其配套的NN E-EW向次级断裂对新场地段裂隙发育起到宏观控制作用。裂隙岩体渗透性大小主要受裂隙间距和隙宽影响。研究结果可为北山预选区新场地段处置库建设及处置库中核素迁移等工程数值模拟提供必要的数据支撑。关键词:高放废物;地质处置;节理裂隙评价;均质区;渗透张量2 0 2 2-1 2-0 5收稿;2 0 2 3-0 4-1 2修回;2 0 2 3-0 4-1 3接受中图分类号:T L 9 4 2+.2 1 1 文章编号:2 0 9 6-8 5 2 3(2 0 2 3)0 4-0 2 8 8-1 1d o i:1 0.1 9 5 0
7、9/j.c n k i.d z k q.t b 2 0 2 2 0 6 7 7 开放科学(资源服务)标识码(O S I D):A s s e s s m e n t o f f r a c t u r e s g e o m e t r i e s a n d s e e p a g e c h a r a c t e r i s t i c s b a s e d o n s t a t i s t i c a l h o m o g e n e o u s z o n e m e t h o dL i L u l u1,L i M u y a n g1,Z h o u Z h i c h
8、a o2,Z h a n g Q i u l a n1,C u i Y a l i1,S h a o J i n g l i1(1.S c h o o l o f W a t e r R e s o u r c e s a n d E n v i r o n m e n t,C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s(B e i j i n g),B e i j i n g 1 0 0 0 8 3,C h i n a;2.B e i j i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e o f U
9、 r a n i u m G e o l o g y,B e i j i n g 1 0 0 0 2 9,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eC o m p r e h e n s i v e a n a l y s i s o f f r a c t u r e g e o m e t r i e s a n d s e e p a g e c h a r a c t e r i s t i c s i s o n e o f t h e p r o m i n e n t c o m p o n e n t s i n s i t e s
10、u i t a b i l i t y a s s e s s m e n t o f h i g h-l e v e l r a d i o a c t i v e w a s t e(HLW)d i s p o s a l r e p o s i t o r i e s.M e t h o d sT o p r o v i d e a s u f f i c i e n t b a s i s f o r t h e c o n s t r u c t i o n o f t h e X i n c h a n g u n d e r g r o u n d r e-s e a r c h
11、 l a b o r a t o r y(UR L)s i t e i n t h e B e i s h a n p r e s e l e c t e d a r e a o f t h e HLW d i s p o s a l r e p o s i t o r y i n C h i n a,t h i s p a p e r a n a l y z e d t h e d e v e l o p m e n t a n d d i s t r i b u t i o n o f f r a c t u r e s a n d t h e s e e p a g e c h a r
12、a c t e r i s t i c s i n f r a c t u r e d g r a n i t e.B a s e d o n t h e b o r e h o l e t e s t s o f B S 3 2,B S 3 6 a n d B S 3 9 c a r r i e d o u t i n t h e m i d d l e o f t h e X i n c h a n g s i t e a n d t h e f i e l d i n v e s t i g a t i o n o f t h e s u r r o u n d i n g f r a
13、c t u r e s,t h e o r i e n t a t i o n s a n d l i n e a r d e n s i t y o f f r a c t u r e s w e r e u s e d t o q u a n t i t a t i v e l y c l a s s i f y t h e h o m o g e n e o u s z o n e s o f t h e B S 3 2,B S 3 6 a n d B S 3 9 b o r e h o l e s.S u p-p l e m e n t e d b y t h e t h e o r
14、y o f t h e h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y t e n s o r,t h e h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t i e s o f f r a c t u r e d r o c k 第4期李露露等:基于统计均质区方法的裂隙几何及渗流特性评价a n d t h e p r i n c i p a l d i r e c t i o n s o f f l u i d s e e p a g e i n f r a c t u r e d r o c k w i t h d i f f
15、 e r e n t b u r i a l d e p t h s w e r e o b t a i n e d.R e s u l t sT h e r e s u l t s s h o w t h a t f o u r g r o u p s o f d o m i n a n t f r a c t u r e s a r e d e v e l o p e d a r o u n d B S 3 2,B S 3 6 a n d B S 3 9 a t t h e X i n c h a n g UR L s i t e,w i t h o r i e n t a t i o n
16、 s o f 2 7 9 7 9,9 8 7 6,2 2 7 7 9 a n d 3 6 7 6,w h i c h a r e e s p e c i a l l y d o m i n a n t i n t h e EW a n d NN E d i r e c t i o n s.T h e f r a c t u r e s a r e m a i n l y s h e a r-s t r e s s f o r m e d w i t h s t e e p d i p s(6 0),a c c o m p a n i e d b y a f e w t e n s i l e
17、f r a c t u r e s,a n d t h e f r a c t u r e s a r e n o r m a l l y d i s t r i b u t e d.C o m p a r e d w i t h t h e f i e l d h y d r a u l i c t e s t r e s u l t s,t h e o v e r a l l c o m p r e h e n s i v e h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t i e s o f t h e b o r e h o l e s a r e i
18、n t h e r a n g e o f 1 0-1 3-1 0-9 m/s.T h e m a i n s e e p a g e d i r e c t i o n s a r e NN E,n e a r l y EW a n d S E,w h e r e NN E a n d n e a r l y EW a r e t h e d o m i n a n t s e e p a g e c h a n n e l s o f t h e f r a c t u r e d r o c k m a s s,w i t h l a r g e r m a i n p e r m e
19、a b i l i t y t e n s o r v a l u e s.T w o n e a r l y E-W-t r e n d i n g F6 a n d F7 f a u l t s a n d t h e i r c o r r e s p o n d i n g NN E-E-t r e n d i n g s e c o n d a r y f a u l t s p l a y a m a c r o c o n t r o l l i n g r o l e i n f r a c t u r e d e v e l o p m e n t a t t h e X i
20、 n c h a n g s i t e.T h e p e r m e a b i l i t y o f f r a c t u r e d r o c k i s m a i n l y a f f e c t e d b y t h e f r a c t u r e s p a c i n g a n d a p e r t u r e,d e m o n s t r a t i n g a g r e a t a n i s o t r o p y.C o n c l u s i o nT h e r e s u l t s c a n p r o v i d e n e c e
21、s s a r y d a t a s u p p o r t f o r t h e c o n s t r u c t i o n o f d i s-p o s a l r e p o s i t o r i e s a n d t h e n u m e r i c a l s i m u l a t i o n o f n u c l i d e m i g r a t i o n a t t h e X i n c h a n g UR L s i t e.I n a d d i-t i o n,t h e p r e s e n t e d r e s e a r c h i d
22、 e a c o u l d p r o v i d e a n a l t e r n a t i v e a n d p r a c t i c a l m e t h o d f o r e f f e c t i v e l y s t u d y i n g t h e p r o p e r t i e s o f d e e p f r a c t u r e d r o c k m a s s e s w i t h d e e p g e o l o g i c a l d i s p o s a l o f HLW.K e y w o r d s:h i g h-l e v
23、 e l r a d i o a c t i v e w a s t e;g e o l o g i c a l d i s p o s a l;a s s e s s m e n t o f f r a c t u r e;h o m o g e n e o u s z o n e;h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y t e n s o rR e c e i v e d:2 0 2 2-1 2-0 5;R e v i s e d:2 0 2 3-0 4-1 2;A c c e p t e d:2 0 2 3-0 4-1 3 全球核能源的开发利用
24、,在给人类带来极大便利的同时,其所产生的大量高水平放射性废物也给人类的生存环境带来巨大的安全隐患,“深地质处置”是目前最具前景的高放废物安全处置方式之一1。新场地段为甘肃北山预选区处置库重点区域,其围岩主体是花岗岩,具孔隙度低、致密性好、含水率低的特点。天然地质体(花岗岩)的形成和演化本身就是一个复杂的过程,受不同期次区域构造应力场的作用,使得岩体内部出现大量错综复杂的节理裂隙,其岩体力学、水力学性质明显不同于天然状态下完整岩石,故裂隙导水特征与其分布特征一样成为评价场址优劣的关键性因素2。同时围岩中相互连通的裂隙构成了高放废物中核素伴随地下水迁移的优势路径3-4,也将影响到未来地下硐室岩体的
25、稳定性。因此,有必要对高放废物处置库 甘肃北山预选区新场地段花岗岩岩体裂隙几何特征及相关渗透性进行深入研究。裂隙产状主要表征裂隙的空间方位,S h a n l e y等5采用施密特等面积投影网与概率统计方法相结合来选择最佳的裂隙优势组数划分。G a z i e v等6通过对裂隙几何参数概率统计后发现,其倾向和倾角呈正态分布特征。M a等7、宋盛渊等8采用不同聚类算法及李宁等9创建一种结合改进遗传算法和支持向量机的方法实现裂隙产状数据分组。由于裂隙的大小目前尚无法直接量测,因而选用三维裂隙与岩体露头交切的迹线长度来衡量。国内外一些学者1 0-1 3对裂隙平均迹长的估算方法进行了深入的研究,P r
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- 基于 统计 均质区 方法 裂隙 几何 渗流 特性 评价
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