The compacted bentonite buffer is one of the major components of an engineered barrier system (EBS) for the disposal of high-level radioactive waste (HLW), and it is considered the best candidate for the buffer material. The buffer is located between disposal canisters and near-field rock mass, and it interrupts the release of radionuclide from disposal canisters and protect them from the penetration of groundwater. At initial disposal condition, degree of saturation of the compacted bentonite buffer decreases because of high thermal quantities released from the disposal canisters. However, the degree of saturation of the compacted bentonite buffer gradually increases caused by inflow of groundwater. The saturated and unsaturated behavior of the buffer is a very important input data since it can determine the safety performance of EBS. Therefore, this paper investigated water retention capacity (WRC) for the Korean compacted bentonite buffer. The WRC of the compacted bentonite buffer was derived by measuring volumetric water content and water suction when temperature variation was between 24℃~125℃ considering decrease of degree of saturation with respect to temperature increase. The WRC was also derived with the same volumetric water content under the room temperature condition, and it showed 1~15% larger water suction than high temperature condition.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.12
no.2
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pp.107-119
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2014
The worldwide Status-of-Art survey for the in-situ experiments of the engineered barrier system for HLW underground disposal was performed as a preliminary action for the design of the in-situ demonstration at KURT. Some nations, which have executed or is ongoing the in-situ experiments at their underground research facilities, were summarized in this review. The demonstration projects reviewed were TBT/Sweden-France, LOT/Sweden, HE-E/Switzerland, PRACLAY/Belgium, FEBEX/Spain, HORONOBE/Japan, and BCE/Canada. The investigated items for the projects were mainly their purposes, constitutional structures, test conditions, monitoring parameters and the measuring tools, and test results. In this review, the hardware design and the assembling of the test system were more concentrated rather than their experimental results, because the purpose of this review is to achieve the necessary information for the practical design of the in-situ experiment to be installed at KURT. A mid scale in-situ demonstration of EBS at KURT, that is called IN-DBES, will be launched right after the completion the expanding project of KURT in 2015. It is hoped that the structural design, installing methods, hardware equipments required in the establishment of IN-DEBS will be referred on this review.
The deep geological repository for high-level radioactive waste disposal is a multi barrier system comprised of engineered barriers and a natural barrier. The long-term integrity of the deep geological repository is affected by the coupled interactions between the individual barrier components. Erosion and piping phenomena in the compacted bentonite buffer due to buffer-rock interactions results in the removal of bentonite particles via groundwater flow and can negatively impact the integrity and performance of the buffer. Rapid groundwater inflow at the early stages of disposal can lead to piping in the bentonite buffer due to the buildup of pore water pressure. The physiochemical processes between the bentonite buffer and groundwater lead to bentonite swelling and gelation, resulting in bentonite erosion from the buffer surface. Hence, the evaluation of erosion and piping occurrence and its effects on the integrity of the bentonite buffer is crucial in determining the long-term integrity of the deep geological repository. Previous studies on bentonite erosion and piping failed to consider the complex coupled thermo-hydro-mechanical-chemical behavior of bentonite-groundwater interactions and lacked a comprehensive model that can consider the complex phenomena observed from the experimental tests. In this technical note, previous studies on the mechanisms, lab-scale experiments and numerical modeling of bentonite buffer erosion and piping are introduced, and the future expected challenges in the investigation of bentonite buffer erosion and piping are summarized.
Seungbeom Choi;Chang-Ho Hong;Ji-Won Kim;Minhyeong Lee;Eun-Soo Hong;Jin-Seop Kim
Tunnel and Underground Space
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v.34
no.4
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pp.249-266
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2024
Bentonite buffer material is an important component of engineered barrier designed for the safe disposal of high-level radioactive waste. Under certain groundwater conditions, erosion or piping phenomena of the material can happen, which may compromise the overall safety of the whole engineered barrier system. Previous domestic researches related to it have been conducted at a laboratory scale so that those are subject to some limitations, despite their valuable results. Therefore, KAERI (Korea Atomic Energy Research Institute) has planned the BEPT (Bentonite Erosion and Piping Test) to extend and validate the previous works at a field conditions. Prior to detailed experimental design, case studies that had been conducted by leading countries in disposal research were collected and analyzed. The analyses included suitable site conditions and system design, which were incorporated into the detailed design of BEPT. This technical report aims to introduce the previous researches and the current status of the ongoing BEPT experiment.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.2
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pp.211-222
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2011
In this paper a structural analysis of the PWR(pressurized water reactor) canister with 102cm diameter is carried out to evaluate the structural safety of the canister for the impact force occurring at the moment of collision with the ground in the falling plumb down accident from the carriage vehicle which may happen during the canister handling at the spent nuclear fuel disposal repository. For this, a rigid body dynamic analysis of the canister is executed to compute the impact force using the commercial CAE system, RecurDyn, and a nonlinear structural analysis is performed to compute stresses and deformations occurring inside the canister for this computed impact force using the commercial FEM code, NISA. From these analysis results, the structural safety of the canister is evaluated for the falling plumb down accident from the carriage vehicle due to the inattention during the canister handling at the repository. The rigid body dynamic analysis performed assuming the canister as a rigid body shows that the canister falls plumb down to the ground in two types. And also it shows that early collision impact force is the biggest one and following impact forces decrease gradually. The height of the carriage vehicle in the repository is assumed as 5m in order to obtain the stable structural safety evaluation result. The nonlinear structural analysis of the canister is executed for the biggest early impact force. The structural analysis result of the canister shows that the structural safety of the PWR canister is not secured for the falling plumb down accident from the moving carriage vehicle because the maximum stresses occurring in the cast iron insert of canister are bigger than the yield stress of the cast iron.
Kim, Taehyun;Park, Chan-Hee;Lee, Changsoo;Kim, Jin-Seop
Tunnel and Underground Space
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v.31
no.6
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pp.610-622
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2021
The DECOVALEX project is one of the representative international cooperative projects to enhance the understanding of the complex Thermo-Hydro-Mechanical-Chemical(THMC) coupled behavior in the high-level radioactive waste disposal system based on the numerical simulation. DECOVALEX-2023 is the current phase consisting of 7 tasks, and Task C aims to model the THM coupled behavior in the disposal system based on the Full-scale Emplacement (FE) experiment at the Mont-Terri underground rock laboratory. This study performs the numerical simulation based on the OGS-FLAC developed for the current study. In the numerical model, we emplaced the heater with constant power horizontally based on the FE experiment and monitored the pressure development, temperature increase, and mechanical deformation at the specific monitoring points. We monitored the capillary pressure as the primary effect inducing the flow in the buffer system, and thermal stress and pressurization were dominant in the surrounding rocks' area. The results will also be compared and validated with the other participating groups and the experimental data further.
Yong-Ki Lee;Seungbeom Choi;Kyung-Woo Park;Jin-Seop Kim;Taehyun Kim
Tunnel and Underground Space
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v.33
no.1
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pp.42-56
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2023
In deep geological disposal of high-level radioactive waste (HLW), the natural barrier must physically support the disposal facility and delay the movement of radionuclides for at least hundreds of thousands of years. To evaluate the long-term geological evolution of the natural barriers, it is essential to analyze the long-term behavior of rock joints, including the frictional healing behavior. This study aimed to experimentally analyze the frictional healing behavior of rock joints under hydro-mechanical (H-M) conditions through the slide-hold-slide (SHS) test. The SHS tests were performed under mechanical and H-M conditions for joint specimens of different roughness. In the H-M conditions, the frictional healing rate tended to increase, which was more evident in the specimens with large roughness. In addition, it was confirmed that the effect of the hydro-mechanical conditions was more significant when the effective normal stress acting on the joint surface was small. These results are expected to be used as fundamental data to understand the frictional healing behavior of rock joints in the natural barriers.
Since the early 2010s, the social importance of research and practical projects targeting deep geological disposal of high-level nuclear waste, underground CO2 storage and characterization of deep subsurface by borehole investigation has been increasing. In this regard, there is also a significant increase in the need for in situ test technology to obtain quantitative and reliable information on the hydraulic characteristics of deep rock mass. Through years of research and development, we have independently set up Deep borehole Hydraulic Test System (DHTS) based on the key apparatuses designed and made with our own technology. Using this system, high precision constant pressure injection tests were successfully completed at the two 1 km boreholes located in Mesozoic granite and sedimentary rock regions, Gyeongju. During the field tests, it was possible to measure very low flow rate below 0.01 l/min with micro flow rate injection/control module. In this paper, the major characteristics of DHTS are introduced and also some results obtained from the high precision field tests under the deep and low permeable rock mass environment are briefly discussed.
Dae-Sung Cheon;Heejun Suk;Seong Kon Lee;Tae-Hee Kim;Ki Seog Kim;Seong-Chun Jun;SeongHo Bae
Tunnel and Underground Space
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v.34
no.4
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pp.393-412
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2024
In selecting a disposal site for high-level radioactive waste, the hydrogeological research of the site is very important, and the hydraulic conductivity and the storage coefficient are key parameters. In this study, the hydraulic conductivity obtained by two different types of field hydraulic test equipment and methods was compared and analyzed for the deep granite rockmass in the Wonju area to understand the hydraulic characteristics of the deep granite rockmass. One was to perform the lugeon test, constant pressure injection test, and slug test at a maximum depth of 602.0 m by using the auto pressure/flow injection system, and the calculated hydraulic conductivity ranged from 1.26E-9 to 4.16E-8 m/s. In the overall depth, the maximum and minimum differences of the hydraulic conductivity were found to be about 33 times, and in the same test section, the difference by test method or analysis method was 1.13 to 8.25 times. In the other, the hydraulic conductivity calculated by performing a constant pressure injection test and a pulse test at a maximum depth of 705.1 m using the deep borehole hydraulic testing system was found to be 1.60E-10 to 2.05E-8 m/s, and the maximum and minimum differences were found to be about 130 times. In the constant pressure injection test, the difference depending on the analysis method was found to be 1.02 to 2.8 times. The hydraulic conductivity calculated by the two test equipment and methods generally showed similar ranges as E-9 and E-8 m/s, and no clear trend was observed according to depth. It was found that the granite rockmass in the Wonju area where the field hydraulic test was conducted showed low or very low rockmass permeability, and although there are differences in the range of hydraulic conductivity and the depth of application that can be measured depending on the applied test equipment and test method, it is generally believed that reliable results were presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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