Kallion jännitystilavaurioiden ennustaminen käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitustiloissa ja syvissä kaivoksissa

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Ydinenergialaitoksia on ollut olemassa 1950-luvulta lähtien, ja ne tuottavat 11 % maailman sähköntarpeesta. Maailmanlaajuisesti 30 maata käyttää 448:aa ydinreaktoria sähköntuotantoon, ja 57 uutta reaktoria on rakenteilla 15 maassa. Mitattuna kuolemantapauksilla terawattituntia kohden ydinenergia on turvallisin tapa tuottaa energiaa, mutta se tuottaa myös erilaisia ydinjätteitä, joista täytyy huolehtia turvallisesti ja vastuullisesti. Syvä geologinen säilö on tällä hetkellä ainoa hyväksytty pitkäaikainen ratkaisu korkea-aktiiviselle ydinjätteelle.    Kalliotilojen sortumat voivat tapahtua useista eri syistä, mutta kaksi yleisintä syytä ovat rakenteellinen painovoimainen murtuma ja jännityksen aiheuttama murtuma. Yleensä pinnassa ja lähellä pintaa tehtävissä louhinnoissa on kyse rakenteellisista painovoimaisista murtumista, mutta syvemmissä kalliotiloissa maankuoren jännitys ja jännitysvaurioiden todennäköisyys kasvavat. Viisi yleisintä jännitysvauriomekanismia ovat i) kallioräiske, ii) hilseily, iii) siirtymä, iv) leikkautuminen, v) seisminen. Liiallinen siirtymä on harvoin ongelma kovassa, massiivisessa kalliossa. Tässä väitöskirjassa käsitellään jäljelle jäävää neljää mekanismia.    Tutkimuksen päätavoitteina on selvittää ohuiden ruiskubetonikuorien jännitysvaurioita vähentävän vaikutuksen suuruus, määrittää pitkien rakojen mekaaniset ominaisuudet ja kehittää reaaliaikainen riskienhallintakonsepti. Numeerista mallintamista käytettiin betonin hilseilyn in situ -kokeen (ICSE) suunnittelemiseksi. Laboratoriomittakaavan rakojen laastijäljenteitä käytettiin mittakaavavaikutuksen tutkimiseksi, ja ison mittakaavan 2,00 m kertaa 0,95 m (ASPERT) sekä 0,50 m kertaa 0,25 m rakonäytteet leikkauskuormitettiin menetelmien varmentamiseksi. Uutta reaaliaikaista geoteknistä riskienhallintakonseptia (GRM) tutkittiin esimerkkitapauksia sekä tapaustietoja käyttäen. Uusia menetelmiä kehitettiin kallion rakopintojen fotogrammetriseen tallentamiseen ja suurten rakonäytteiden leikkauskoestamiseen.    Numeerisen mallinnuksen ennusteet ICSElle osoittavat, että ohut betonikuori tuottaa enintään 3 MPa tukipaineen, ja käyttämällä moniaksiaalista Ottosen murtokriteeriä betonikuori ei vaurioidu lämmitysvaiheen aikana. Sekä replikaleikkauskoesarjassa että isommissa leikkauskokeissa havaittiin negatiivinen mittakaavavaikutus. Esimerkkiaineiston alustavien analyysien perusteella Bayes-verkot vaikuttavat yhteensopivilta seurantamenetelmän kanssa, ja lähestymistapa on valmis testattavaksi todellisella datalla.    Kaikki kolme pääjohtopäätöstä liittyvät jännitysvaurioitumiseen sekä sen vähentämiseen. Jännitysvaurioita voidaan vähentää ohuiden betonikuorien tukipaineen avulla. Uusi menetelmä kehitettiin kalliorakojen geometrian digitoimiseksi ja laastijäljenteiden valmistamiseksi laboratoriomittakaavan rasialeikkauskokeita varten. Bayes-verkkojen käyttöä havainnollistettiin yhdessä reaaliaikaisen geoteknisen riskienhallintakonseptin kanssa.
Julkaisun otsikon käännösKallion jännitystilavaurioiden ennustaminen käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitustiloissa ja syvissä kaivoksissa
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Rinne, Mikael, Vastuuprofessori
  • Rinne, Mikael, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-8004-8
Sähköinen ISBN978-952-60-8005-5
TilaJulkaistu - 2018
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • hilseily
  • kallioräiske
  • fotogrammetria
  • leikkauskoe
  • riskienhallinta

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Kallion jännitystilavaurioiden ennustaminen käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitustiloissa ja syvissä kaivoksissa'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä