خلاصه

در اواسط قرن گذشته فراگیر شدن نیروگاه های هسته ای در سراسر جهان نویدبخش پایان وابستگی به سوخت های فسیلی بود. با روی آوردن به انرژی هسته ای و تولیدات وابسته به آن، جمع آوری و دفع پسماندهای سوخت هسته ای در جوامع مهندسی مطرح و روشهای مختلف برای دفع زباله های هسته ای مورد بررسی قرار گرفت. یکی از روشهای مورد استفاده دفن این زباله ها در اعماق زمین و لایه های خاک رس میباشد. مطالعات نشان می دهد که از مهم ترین تاثیراتی که دفن زباله های هسته ای در محیط اطراف خود می گذارد، بحث دمای زیاد این زباله ها می باشد. در تحقیق حاضر تاثیر حرارت بر پوشش خاک رسی مدفن مهندسی با استفاده از نرم افزار ABAQUS و به صورت سه بعدی مدلسازی شده و نتیایج حاصل از مدلسازی بر اضافه فشار آب حفره ای مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان داد که اضافه فشار آب حفره ای در محل دفن زباله هسته ای که همان منبع حرارت میباشد افزایش یافته و با دور شدن از آن کاهش میابد.

کلمات کلیدی: زباله هسته ای، اضافه فشار آب حفره ای، خاک رس، مدلسازی عددی، ABAQUS

.۱ مقدمه

با افزایش تعداد نیروگاههای هسته ای و زباله هسته ای،دفن زباله های هسته ای در بسیاری از کشورهای پیشرفته جهان در اعماق خاک صورت میگرد.این زباله ها تا بیش از ۱۰۰ co از خود حرارت منتشر می کنند. مهم ترین مساله از دیدگاه مکانیک خاک، تفاوت های موجود میان یافته های محققان مختلف است که عمدتا علت آن تأثیر پیچیده دما بر اندرکنش خاک- آب می باشد. حل این موضوع نیز نیازمند تحقیق بیشتر و تفسیر نتایج آن ها خواهد بود. بعضی از محققان در مقالات خود اشاره کرده اند که حرارت باعث کاهش مقاومت خاک شده،در حالیکه بعضی دیگر از محققین خلاف این نظر را بیان نموده اند .[۱] در واقع می توان گفت که تاریخچه تنش خاک و همچنین نسبت پیش تحکیمی میتواند در نتایج آزمایشگاهی تاثیرگذار باشد.اولین مطالعات را در این زمینه Campanella (1968) و[۲]Mitchelانجام دادند. Habibagahi درسال [۳]۱۹۷۷،درزمینه اثرحرارت برروی نفوذپذیری خاک رس تحقیق کرد. ایشان نتیجه گرفتند که با افزایش حرارت نفوذ پذیری خاک رس افزایش و وسیکوزیته آب کاهش می یابد. بیشتر این تحقیقات بر اساس مدل الاستو پلاستیک cam-yal cاصلاح شده[۴] و مفهوم حالت بحرانی خاک بوده است(d naal uB1968و[۶]Murayama (1969) .[5](e ocyoR و Adnerson وRichart و(۷]Eriksson (1989و[۸ نشان دادند که میزان تحکیم رسهای اشباع با گرم شدن خاک در بازه رفتار الاستیک، کاهش مییابد.تغییرات حرارتی اعمالی به خاک باعث به وجود آمدن حفره های آبی میشود. تغییرات حرارت در خاک معمولا با افزایش فشار حفره ای همراه است. اگر خاک دارای نفوذ پذیری بالا باشد و یا شرایط زهکشی ایجاد گردد، این فشار حفره ای به مرور زمان مستهلک می شود.[۹]

۱دانشجوی کارشناسی ارشد مکانیک خاک و پی
۲ هیات علمی دانشگاه آزاد اسلامی تهران مرکزی

۱

اولین کنفرانسملّی مکانیک خاک و مهندسی پی

دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی تهران ۱۲ و ۱۳ آذرماه۱۳۹۳

در تحقیق حاضر تاثیر حرارت ناشی از دفن زباله هسته ای به عنوان یک منبع حرارت نقطه ای در پوشش خاک رسی مدفن مهندسی در نرم افزارABAQUS 6.11.3 شبیه سازی شده و اثر آن بر اضافه فشار آب حفره ای مورد بررسی قرار گرفته است.

.۲ مدلسازی اجزای محدود

هندسه مدل ساخته شده در نرم افزار ABAQUS و محل منبع حرارت(محل دفن زباله هسته ای) در شکل (۱) نشان داده شده است.ابعاد در نظر گرفته شده برای مدل دارای ۱۰ متر طول، ۱۰ متر عرض و ۲۰ متر ارتفاع می باشد. این مدل به صورت سه بعدی و ۱/۴ از پوشش مدفن ساخته شده است. زباله هسته ای که منبع دما میباشد در مرکز و در عمق ۱۰ متری مدفن به صورت یک نقطه حرارتی قرار داده شده است.

۱۱ متر منبع حرارت

۲۱متر
۱۱متر

شکل :۱ابعاد هندسی مدل و محل منبع حرارت نقطه ای

همانطور که در شکل (۱) ملاحظه می گردد، زباله هسته ای در مرکز پوشش و به صورت یک منبع حرارت نقطه ای در مدل در نظر گرفته شده است. در تحقیق حاضر خاک پوشش،خاک رسی عادی تحکیم یافته اشباع بوده و شرایظ زهکشی برای آن لحاظ شده است. همچنین جهت مدلسازی از مدل رفتاری cam-yal c اصلاح شده [۴] با توجه به وابستگی پارامترهای آن به حرارت استفاده شد. نرم افزار ABAQUS یک نرم افزارالمان محدود دو بعدی و سه بعدی است که به دلیل قابلیت شبیه سازی اثر دما بر خاک پوشش جهت مدلسازی عددی استفاده گردید. در نرم افزار شش بازه دمایی مختلف برای منبع حرارت نقطه ای در نظر گرفته شد. با توجه به اینکه در مدلسازی اثر حرارت با مدل رفتاری cam-yal cاصلاح شده باید پارامترهای ورودی وابسته به مقدار دما باشد، لذا برای مدلسازی از پارامترهای ارائه شده توسط Ghahremannejad در سال [۱۰] ۲۰۰۳ در دو دمای ۲۲ و ۵۰ درجه سانتیگراد در تحقیق حاضر استفاده و برای چهار دمای دیگر یعنی دماهای ۴۰ ، ۸۰ ، ۱۰۰ و ۱۲۰ درجه سانتیگراد از قابلیت درون یابی خطی نرم افزار با توجه به پارامترهای ورودی در دو دمای مذکور استفاده گردید. مشخصات خاک در دو دمای ۲۲ و ۵۰ درجه سانتیگراد در جداول ۱ تا ۵ به طور کامل ارائه شده است. دمای پیرامون مدفن در این تحقیق ۱۵ درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده است.