Numerical Prediction of Thermo-Mechanical Spalling Around a Deep Nuclear Waste Repository in Crystalline Rock
Notice bibliographique
Résumé
ABSTRACT: The focus of this study is on stress-driven rock damage potentially developing around the tunnels and deposition boreholes of a planned underground nuclear waste repository at the Forsmark site in Sweden. This type of damage is commonly referred to as "spalling" or "brittle failure". In hard, crystalline rocks, such as those at the Forsmark site, spalling typically manifests itself in the form of extensional (Mode I) cracking parallel to the excavation boundaries followed by buckling of thin rock flakes. During the construction phase of the repository, mechanical spalling may be induced by overstressing (under unconfined conditions) of the excavation surface periphery. During the operational phase, thermal spalling may develop due to additional thermo-elastic stresses forming in response to the increasing rock mass temperature field induced by the heat-emitting spent nuclear fuel. Since rock failure may negatively affect the long-term isolation properties of the host rock within the multi-barrier disposal concept to be adopted at the Forsmark site, prediction of its occurrence, location, and extent is critical for an effective repository design and long-term safety. In this study, the response of underground structures was studied using Geomechanica's Irazu software, which is novel 3D coupled thermo-mechanical simulator based on the finite-discrete element method (FDEM). It is the first numerical study to date that explicitly captures both mechanical and thermal fracturing processes while using the latest repository design and site-specific geomechanical input data. A sensitivity study is performed to investigate different combinations of rock mechanical properties, in-situ stresses, and deposition tunnel geometry on the host rock behaviour. Rock mass deconfinement is shown to promote the development of tensile damage in the tunnel sidewalls and floor with fracture surfaces growing parallel to the excavation boundaries. The negative effects deriving from the adoption of a relatively narrower tunnel cross-section and from an increase of horizontal in-situ stresses are highlighted. Thermo-mechanical analyses capture the rock mass behaviour following an increase of borehole surface temperature to 100°C. Numerical results indicate that the temperature evolution is affected by the shape of the underground cavities and their distance from the heated boreholes. The coupled thermal expansion of the rock induces additional stresses which, in turn, promotes further damage. Despite this increase, however, the total amount of induced rock damage at final conditions remains relatively low.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».