低放射性廢棄物最終處置回填材料於不同配比下之工程力學特性

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：103

、訪客IP：3.17.110.42

姓名

陳韋慈(Wei-Ci Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

低放射性廢棄物最終處置回填材料於不同配比下之工程力學特性
(Effects of sand bentonite ratio on mechanical properties of low-level radioactive waste backfill mixtures)

相關論文

★ 以離心振動臺試驗模擬緩衝材料中廢棄物罐之振動反應	★ 緩衝材料在不同圍壓下之工程性質
★ 具裂縫的緩衝材料自癒行為模擬	★ 具不同上部結構之樁基礎受振行為
★ 基盤土壤液化對上方土堤位移的影響	★ 回填與緩衝材料之動態強度
★ 砂質土壤中柔性擋土牆在動態載重下的行為	★ Effect of Vertical Drain Methods on The Soil Liquefaction
★ Centrifuge Modelling on Failure Behaviours of Sandy Slope Caused by Gravity, Rainfall and Earthquake	★ 微生物膠結作用對砂質土壤性質的影響
★ 基盤土壤液化引致的側潰對上方土堤之影響及其改善對策	★ 土壤液化引致側向滑移對樁基礎之影響及其對策
★ 挖掘機鏟斗上土壤黏附問題的基礎研究	★ 以離心振動台試驗探討基盤振動方向與坡向夾角對側向滑移之反應
★ 應用時域反射法於地層下陷監測之改善研發	★ Seismic response of sheet pile walls with and without anchors by centrifuge modeling tests

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

低放射低放射性廢棄物最終處置場設施必須考慮的安全目標，是避免放射性物質外洩，處置場必須與生物圈長久隔離，因此使用多重障壁設計概念，其使用之回填材料以砂與膨潤土混合填充。回填材料為多重障壁其中一項重要隔阻元件，其需要具備適當的回脹潛能、低水力傳導度等其他性質，針對回填材料特性因地制宜的設計最終處置場，才能有效確保處置之安全及穩定。
本研究以室內實驗探討砂與膨潤土混合物在不同配比下之工程力學性質，分別以兩種膨潤土(MX-80及K-V1)且不同膨潤土含量之混合物(30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%)，以無圍壓縮試驗得其抗壓強度及彈性模數。試驗過程中發現，試體製作方法影響試體均勻受力與否，膨潤土含量越大之混合材料影響越大，因此為使試體皆均勻受力，試體製作方法嘗試採用單向壓製、上下翻轉壓製、分層壓製、雙向壓製四種方式施作。
試驗結果顯示，(1)使用雙向壓製之試體製作方法，大多數的砂與膨潤土之混合材料能均勻受力；(2)膨潤土與矽砂之混合材料達最佳含水量時，K-V1的混合材料在膨潤土含量為50%具有最大平均抗壓強度；MX-80的混合材料則在膨潤土含量為60%具有最大平均抗壓強度；(3) 整體平均抗壓強度隨者膨潤土含量不同而不同，就兩種膨潤土材料比較，膨潤土含量大於60%之配比，MX-80之混合材料的平均抗壓強度皆較K-V1的混合材料的平均抗壓強度大；膨潤土含量小於60%之配比，K-V1的混合材料的平均抗壓強度皆較MX-80之混合材料的平均抗壓強度大。

關鍵字：膨潤土、回填材料、抗壓強度、彈性模數。

摘要(英)

The multiple barriers design is the main concept for radioactive waste repository system. These barriers (host rock, backfill, buffer, …) are the isolators that help to prevent the poisonous chemical leak to biosphere. Therefore, the barriers components must be robust and durable. Backfill is an important component of the barriers system and thus it need to meet some rigorous requirements about strength, swelling potential and low hydraulic conductivity to ensure the human being safety.
This study investigated the engineering and mechanical properties of mixtures by sand and bentonite with different ratio. Two bentonites (MX-80 and K-V1) and seven bentonite contents (30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% and 90%) were tested to investigate the effect of the mixture content on the mechanical properties of backfill material. Compressive strength and elastic modulus were obtained by unconfined compression test. During the testing, it was found that the sample preparation technique has a considerable effect on the uniformity of sample, the more bentonite content of mixed material the more influence on its strength. In order to apply the loading on the sample uniformly, the preparation methods were tried in four ways: one-way loading, two-way loading, up and down turning, layer-by-layer compression.
Through the experiment program some conclusions can be draw. Firstly, the use of two-way loading preparation method could produce a more uniform specimen. Secondly, for K-V1 based mixture the maximal unconfined strength is reached where the ratio of bentonite is 50%. However, the highest strength of MX-80 based mixture archived where the ratio of bentonite is 60%. Second, comparing two mixture types where the ratio of bentonite over 60% the MX-80 based mixture has a larger strength than K-V1 based material and vice versa, where the ratio of bentonite lower than 60% the K-V1 based mixture has a higher strength.

Keywords: Bentonite, Backfill, Compressive strength, Elastic modulus

關鍵字(中)

★ 膨潤土
★ 回填材料
★ 抗壓強度
★ 彈性模數

關鍵字(英)

★ Bentonite
★ Backfill
★ Compressive strength
★ Elastic modulus

論文目次

摘要 i
Abstract ii
圖目錄 v
表目錄 x
附圖目錄 xi
附表目錄 xiv
1. 前言 1
1.1. 研究動機 1
1.2. 研究目的及內容 1
1.3. 論文架構 2
2. 文獻回顧 3
2.1. 低放廢棄物處置概念 3
2.1.1. 國際低放射性處置概念 3
2.1.2. 台灣低放射性處置概況 4
2.2. 低放射性廢棄物 9
2.3. 回填材料 12
2.4. 膨潤土基本性質 13
2.4.1. 膨潤土礦物的結晶構造 13
2.4.2. 膨潤土與水的作用 14
2.4.3. 分散及絮凝結構 15
2.5. 黏土回脹潛能 16
2.5.1. 回脹發生的機制 16
2.5.2. 回脹行為模式 16
2.6. 水力傳導度基本理論 18
2.6.1. 達西定律(Darcy’s Law) 18
2.6.2. 達西定律之適用性 18
2.7. 抗壓強度試驗(無圍壓縮試驗) 19
2.8. 彈性模數 21
2.9. 破壞型態 21
3. 試驗規劃、材料、設備介紹 22
3.1. 試驗材料 22
3.1.1. 膨潤土MX-80 22
3.1.2. 膨潤土K-V1 22
3.1.3. 矽砂 25
3.1.4. 壓實回填材料試體 26
3.2. 試驗設備 27
3.2.1. 100 ton MTS (100噸材料試驗機) 27
3.2.2. 無圍壓縮試驗儀 28
4. 試體製作程序及比較 32
4.1. 壓製試體使用之模具 32
4.2. 試驗程序 34
4.2.1. 材料準備程序 34
4.2.2. 試體壓製程序 37
4.2.3. 試體抗壓程序 37
4.3. 試體壓製方法 38
4.3.1. 單向壓製 38
4.3.2. 分層壓製 40
4.3.3. 上下翻轉壓製 41
4.3.4. 雙向壓製 42
5. 試驗結果與討論 44
5.1. 試驗規劃及條件 44
5.2. 膨潤土MX-80與矽砂之混合物試驗結果 46
5.2.1. MX-80 10/90 46
5.2.2. MX-80 20/80 51
5.2.3. MX-80 30/70 56
5.2.4. MX-80 40/60 61
5.2.5. MX-80 50/50 66
5.2.6. MX-80 60/40 71
5.2.7. MX-80 70/30 76
5.3. 膨潤土K-V1與矽砂之混合物試驗結果 81
5.3.1. K-V1 10/90 81
5.3.2. K-V1 20/80 86
5.3.3. K-V1 30/70 91
5.3.4. K-V1 40/60 96
5.3.5. K-V1 50/50 101
5.3.6. K-V1 60/40 106
5.3.7. K-V1 70/30 111
5.4. 綜合分析與討論 116
5.4.1. 抗壓強度 117
5.4.2. 兩種膨潤土材料抗壓強度 118
5.4.3. 破壞型態 118
6. 結論與未來建議 119
6.1. 結論 119
6.2. 未來建議 119
參考文獻 121
圖附錄 125
表附錄 220

參考文獻

ASTM D2166 Standard Test Method for Unconfined Compressive Strength of Cohesive Soil.
ASTM C469 Standard Test Method for Static Modulus of Elasticity and Poisson’s Ratio of Concrete in Compression.
ASTM C39 Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens.
CNS 1232 混凝土圓柱試體抗壓強度檢驗法。
Chung, R. M. and Yokel, F. Y. (1982), “Reference Laboratory Testing for Backfill,” Scientific Basis for Nuclear Waste Management, 379-387.
Grim, R. E., and Guven, N. (1978), “Bentonites, Geology, Mineralogy, Properties and Uses,” Elsevier, Amsterdam.
Han, K., Heinonen, W. J. and Bonne A. (1997), “Radioactive Waste Disposal：Global Experience and Challenges,” IAEA Bulletin, 39, pp. 33-41.
Haverkamp, B. and E. Biurrun (2005), “Safety Assessment and justification of the proposed solution for closure,” DBETECHNOLOGY Report DBE-RCH-TSK-07.
Holopainen, P. (1985), “Crushed Aggregate-Bentonite Mixtures as Backfill Material for Repositories of Low-and Intermediate Level Radioactive,” Engineering Geology, 21, pp. 239-245.
Komine, H. (2010), “Predicting hydraulic conductivity of sand-bentonite mixture backfill before and after swelling deformation for underground disposal of radioactive wastes,” Journal of Engineering Geology, Vol. 114, Issues 3-4, pp. 123-134.
Komine, H. (2008), “Theoretical equations on hydraulic conductivities of bentonite based buffer and backfill for underground disposal of radioactive wastes,” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, American Society of Civil Engineers, ASCE, Vol. 134, No. 4, pp. 497-508.
Komine, H. (2004), “Simplified Evaluation for Swelling Characteristics of Bentonites,” Engineering Geology, 71, 3-4.
Komine, H. (2004), “Simplified Evaluation on Hydraulic Conductivities of Sand-Bentonite Mixture Backfill.”Applied Clay Science, 26, 1-4, pp. 13-19.
Lambe, T. W. (1958), “The Engineering Behavior of Compacted Clay.” Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division., ASCE, 84, 1654, pp. 1-35.
Mitchell, J.K. (1993) Fundamentals of Soil Behavior. 2nd Edition. John Wiley & Sons Inc., NY.
Onoue, A., Horie,Y., Ishii,T., Ogata, N. and Komine, H. (1993) “Consolidation and Swelling Properties of Bentonite-Sand Mixture for Sealing Low-Level Radioactive Waste Repositories. ” Trans, 12th Ind. Conf.on SMIRT, Session N03/2, pp. 351-356.
Ogata, N. and Komine, H. (1993), “Permeability Changes of Bentonite-Sand Mixture Before and After Swelling,” Trans, 12th Ind. Conf.on SMIRT, Session N03/3, pp. 357-362.
Pusch, R. (1980), “Swelling pressure of highly compacted bentonite.” SKB Technical Report TR-80-13, Stockholm.
Pusch, R. (2001), The Buffer and Backfill Handbook Part 2: Materials and Techniques, SKB TR-02-12.
Pusch, R. (1994), Waste Disposal in Rock, Developments in Geotechnical Engineering, 76. Elsevier Publ. Co.
Sivapullaiah, P.V., Sridharan, A., and Stalin, V.K. (1996), “Swelling Behaviour of Soil-Bentonite Mixtures.” Canadian Geotechnical Journal, 33, pp. 808-814.
Seed, H. B., Woodware, R. J., and Lundgren, R. (1962), “Prediction of Swelling Potential for Compacted Clays.” Journal of the Soil Mechanics and Foundation Engineering , ASCE, 88, 53-87.
Taylor, R.K. and Cripps, J.C. (1987), “Weathering Effects: Slopes in Mudrocks and Over-Consolidated Clay.” Chapter 13, Edited by Anderson M.G. and Richard K.S., John Wiley & Sons.
Yong R. N., and Benno, P. W. (1975), “Soil Properties and Behavior Elsevier,” New York.
行政院原子能委員會放射性物料管理局(2019)，「核廢料最終處置技術及世界各國高、低最終處置場址選擇興建近況報告」。
台灣電力公司(2017)，「低放射性廢棄物最終處置技術評估報告(定稿版)」。
國立中央大學土壤力學實驗手冊(2017)。
陳盈倫(2018)，「緩衝材料在不同圍壓下之工程性質」，碩士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢。
陳憶婷(2017)，「低放射性廢棄物最終處置場回填材料長期穩定性之研究」，碩士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢。
許家駿(2017)，「以離心振動臺試驗模擬緩衝材料中廢棄物罐之振動反應」，碩士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢。
李承哲(2016)，「回填與緩衝材料之動態強度」，碩士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢。
李冠宏(2015)，「最終處置場近場環境對緩衝材料回脹壓力之影響」，碩士論文，國立中央大學土木工程研究所，中壢。
施國欽(2014)，「大地工程學(一)土壤力學篇」，第七版，文笙書局。
王俊堯(2011)，「低放射性廢棄物最終處置回填材料於近場環境下之長期穩定性研究」，碩士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢。
劉隆運(2010)，「低放射性廢棄物最終處置場回填材料之配方與工程特性研究」，碩士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢。
蔡孟勳(2006)，「不同含水量皂土之壓實性質」，碩士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢。
王欣婷(2003)，「緩衝材料在深層處置場模擬近場環境下回脹行為基礎研究」，碩士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢。
譚志豪(2002)，「黏土壓縮與壓密行為之研究」，博士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢。
陳文泉(2000)，「高放射性廢棄物深層地質處理緩衝材料回脹行為研究」，博士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢。
劉東山、蔡昭明(1993)，「放射性廢料管理」，曉園出版社，台北市。
趙杏媛、張有瑜(1990)，「黏土礦物與黏土礦物分析」，海洋出版社，北京。

指導教授

洪汶宜(Wen-Yi Hung)

審核日期

2019-8-26

推文