Разработка методики прогноза напряжённо-деформированного состояния сборной обделки подземного хранилища радиоактивных отходов в глинистых формациях с учётом возможного сейсмического воздействия

Беляков Н.А., Мовчан Е.И.

Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург

Ключевые слова: хранилище радиоактивных отходов, напряжённо-деформированное состояние, сборная обделка, сейсмическое воздействие, квазистатический расчёт, динамический расчёт, демпфирование, контактное взаимодействие

Аннотация. Актуальность исследования обусловлена ростом производимых промышленностью объемов радиоактивных отходов и необходимостью обеспечения долговременной безопасности объектов подземного захоронения радиоактивных отходов. Целью работы является оценка несущей способности сборной блочной обделки тоннеля, расположенного в инженерно-геологическом элементе, представленном протерозойскими глинами, при воздействии землетрясения интенсивностью 7, 8, 9 баллов. Для этого разработана методика численного моделирования с применением квазистатического и динамического подходов. Научная новизна заключается в комплексной оценке влияния ключевых факторов формирования напряжённо-деформированного состояния обделки: учёт контактного взаимодействия между вмещающим породным массивом и обделкой, между отдельными секциями обделки, учет демпфирования породного массива. По результатам расчётов были сделаны выводы о том, что учёт контактного взаимодействия и демпфирования грунта существенно повышает достоверность результатов, приближая динамический расчёт к квазистатическому. Выявлены аналитические зависимости приращений напряжений в критических узлах обделки от балльности сейсмического воздействия и разработан общий алгоритм решения задачи оценки сейсмостойкости обделки хранилища радиоактивных отходов.

Development of a methodology for forecasting the stress-strain state of a prefabricated lining in a radioactive waste disposal site within clay formations, accounting for seismic impact

Belyakov N.A., Movchan E.I.

Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University, Saint-Petersburg

Keywords: radioactive waste repository, stress-strain state, prefabricated lining, seismic impact, quasi-static calculation, dynamic calculation, damping, contact interaction.

Abstract. The relevance of the study is driven by the increasing volumes of radioactive waste generated by industry and the necessity to ensure the long-term safety of underground radioactive waste disposal facilities. The aim of the work is to assess the bearing capacity of a prefabricated block tunnel lining located in an engineering-geological element represented by Proterozoic clays under the impact of earthquakes with intensities of 7, 8, and 9 points. For this purpose, a numerical modeling methodology using quasi-static and dynamic approaches has been developed. The scientific novelty lies in a comprehensive assessment of the influence of key factors shaping the lining's stress-strain state: accounting for contact interaction between the host rock mass and the lining, between individual lining segments, and accounting for damping of the rock mass. Based on the calculation results, it was concluded that accounting for both contact interaction and soil damping significantly increases the reliability of the results, bringing the dynamic calculation closer to the quasi-static one. Analytical dependencies of stress increments in the critical nodes of the lining on the intensity of the seismic impact were identified, and a general algorithm for solving the problem of assessing the seismic stability of the radioactive waste repository lining was developed.