Transparency on the Total System Performance Assessment (TSPA) is the key issue to enhance the public acceptance for a permanent high level radioactive repository. Traditionally, the study on features, events and processes (FEPs) and associated scenarios has been regarded as the starting point to open the communicative discussion on TSPA such as what to evaluate, how to evaluate and how to translate outcomes into more friendly language that many stakeholders can easily understand and react with. However, in most cases, it has been limited to one way communication, because it is difficult for stakeholders outside the performance assessment field to assess the details on the story of the safety assessment, scenario and technical background of it. Fortunately, the advent of the internet era opens up the possibility of two way communication from the beginning of the performance assessment so that every stakeholder can exchange their keen opinions on the safety issues. To achieve it, KAERI develops the systematic approach from the FEPs to Assessment methods flow chart. All information is integrated into the web based program named FEAS (FEp to Assessment through Scenario development) under development in KAERI. In parallel, two independent systems are also under development the web based QA(Quality Assurance) system and the PA(Performance Assessment) input database. It is ideal to integrate the input data base with the QA system so that every data in the system can checked whenever necessary. Throughout the next phase R&D starting from the year 2003, these three systems will be consolidated into one unified system.
The development of an excavation damaged zone, EDZ, due to the blasting impact and stress redistribution after excavation, can influence on the long tenn stability, economy, and safety of the underground excavation. In this study, the size and characteristics of an EDZ around an underground research tunnel, which was excavated by controlled blasting, in KAERI were investigated. The results were implemented into the modelling for evaluating the influence of an EDZ on hydro-mechanical behavior of the tunnel. From in situ tests at KURT, it was possible to determine that the size of EDZ was about l.5rn. Goodman jack tests and laboratory tests showed that the rock properties in the EDZ were changed about 50% compared to the rock properties before blasting. The size and property change in the EDZ were implemented to a hydro-mechanical coupling analysis. In the modeling, rock strengths and elastic modulus were assumed to be decreased 50% and. the hydraulic conductivity was increased 1 order. From the analysis, it was possible to see that the displacement was increased while the stress was decreased because of an EDZ. When an EDZ was considered in the model, the tunnel inflow was increased about 20% compared to the case without an EDZ.
A buffer is the major component of a high level radioactive waste repository. Due to their thermal conductivity and low permeability, bentonites have been considered as a key component of a buffer system in most countries. The deep geological condition generates ground water inflow and results in swelling pressure in the buffer and backfill. Investigation of swelling pressure of bentonite buffer is an important task for the safe disposal system. The swelling pressure that can be critical is affected by mechanical and hydro properties of the system. Therefore, in this study, a sensitivity analysis was conducted to examine the effect of hydro-mechanical (HM) behaviors in the MX-80 bentonite. Based on the results of the swelling pressure generation with HM model parameters, a coupled HM analysis of an unsaturated buffer and backfill in a deep geological repository was also carried out to investigate the major factor of the swelling pressure generation.
In order to protect the environment from waste disposal activities, the prediction of the flux and flow paths of the contaminants from underground facilities should be assessed as accurately as possible. Especially, the prediction of the pathways and travel times of the nuclides from high level radioactive wastes in a deep repository to biosphere is one of the primary tasks for assessing the ultimate safety and performance of the repository. Since the contaminants are mainly transported with groundwater along the discontinuities developed within rock mass, the characteristics of groundwater flow through discontinuities is important for the prediction of contaminant fates as well as safety assessment of a repository. In this study, the actual fracture network could be effectively generated based on in situ data by separating geometric parameter and hydraulic parameter. The calculated anisotropic hydraulic conductivity was applied to a 3D porous medium model to calculate the path flow and travel time of the large studied area with the consideration of the complex topology in the area. Using the model, the pathways and travel times for groundwater were analyzed. From this study, it was concluded that the suggested techniques and procedures for predicting the pathways and travel times of groundwater from underground facilities to biosphere is acceptable and those can be applied to the safety assessment of a repository for radioactive wastes.
Gases such as hydrogen and radon can be generated around the canister in high-level radioactive waste disposal systems due to several reasons including the corrosion of metal materials. When the gas generation rate exceeds the gas diffusion rate in the low-permeability bentonite buffer, the gas phase will form and accumulate in the engineered barrier system. If the gas pressure exceeds the gas entry pressure, gas can migrate into the bentonite buffer, resulting in pathway dilation flow and advective flow. Because a sudden occurrence of dilation flow can cause radionuclide leakage out of the engineered barrier of the radioactive waste disposal system, it is necessary to understand the gas migration behavior in the bentonite buffer to quantitatively evaluate the long-term safety of the engineered barrier. Experimental research investigating the characteristics of gas migration in saturated bentonite and research developing numerical models capable of simulating such behaviors are being actively conducted worldwide. In this technical note, previous gas injection experiments and the numerical models proposed to verify such behaviors are introduced, and the future challenges necessary for the investigation of gas migration are summarized.
Natural barrier systems surrounding the geological repository for the high-level radioactive waste should guarantee the hydraulic performance for preventing or delaying the leakage of radionuclide. In the case of the behavior of a crystalline rock, the hydraulic performance tends to be decided by the existence of discontinuities, so the coupled hydro-mechanical(HM) processes on the discontinuities should be characterized. The discontinuum modelling can describe the complicated behavior of discontinuities including creation, propagation, deformation and slip, so it is appropriate to model the behavior of a crystalline rock. This paper investigated the coupled HM processes in discontinuum modelling such as UDEC, 3DEC, PFC, DDA, FRACOD and TOUGH-UDEC. Block-based discontinuum methods tend to describe the HM processes based on the fluid flow through the discontinuities, and some methods are combined with another numerical tool specialized in hydraulic analysis. Particle-based discontinuum modelling describes the overall HM processes based on the fluid flow among the particles. The discontinuum methods that are currently available have limitations: exclusive simulations for two-dimension, low hydraulic simulation efficiency, fracture-dominated fluid flow and simplified hydraulic analysis, so it could be improper to the modelling the geological repository. Based on the concepts of various discontinuum modelling compiled in this paper, the advanced numerical tools for describing the accurate coupled HM processes of the deep geological repository should be developed.
Jung-Tae Kim;Changsoo Lee;Minhyeong Lee;Jin-Seop Kim;Sinhang Kang
Tunnel and Underground Space
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v.34
no.2
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pp.89-103
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2024
In the disposal environment, gases can be generated at the interface between canister and buffer due to various factors such as anaerobic corrosion, radiolysis, and microbial degradation. If the gas generation rate exceeds the diffusion rate, the gas within the buffer may compress, resulting in physical damage to the buffer due to the increased pore pressure. In particular, the rapid movement of gases, known as gas breakthroughs, through the dilatancy pathway formed during this process may lead to releasing radionuclide. Therefore, understanding these gas generation and movement mechanism is essential for the safety assessment of the disposal systems. In this study, an experimental apparatus for investigating gas migration within buffer was constructed based on a literature review. Subsequently, a gas injection experiment was conducted on a compacted bentonite block made of Bentonile WRK (Clariant Ltd.) powder. The results clearly demonstrated a sharp increase in stress and pressure typically observed at the onset of gas breakthrough within the buffer. Additionally, the range of stresses induced by the swelling phenomenon of the buffer, was 4.7 to 9.1 MPa. The apparent gas entry pressure was determined to be approximately 7.8 MPa. The equipment established in this study is expected to be utilized for various experiments aimed at building a database on the initial properties of buffer and the conditions during gas injection, contributing to understanding the gas migration phenomena.
Vertical cutoff walls such as steel pipe sheet piles (SPSPs) have been commonly applied for the construction of the offshore waste landfill site. Because the SPSPs are sequentially installed by connecting their joints to those of adjacent piles, their mechanical stability should be ensured against the inherent external forces on the sea. The objective of this study is to evaluate the structural performances of the newly developed types of SPSP joint compared with those of other joint types. The problems of the traditional SPSP joints are investigated, and an advanced joint shape of SPSP, which is named double H with L-T (DHLT) joint, are designed for improving the constructability and maintenance. Full-scale models of the DHLT joint are manufactured, and then its joint areas are filled with grout material. After 28 days of curing time, compressive and tensile strength tests were performed on the joint models and the test results were compared with those of the traditional joints. Experimental results show that the structural capacities of the DHLT joint models are lower than those of traditional joints due to the influence of grout and steel members. In the cases of the compressive strength test, especially, bending occurs on steel H-beam with no distinct cracks in grout due to the asymmetrical structure of joint which has no reaction force. This study shows that the performance of the SPSP joint can be improved by considering the influence factors on the structural capacities estimated by the experimental tests.
In this study, the thermal analysis is carried out for a result of borehole heater test using ABAQUS ver 6.10 based on finite element analysis code. Thermal-mechanical rock properties as determined by laboratory tests before the in situ test and characteristics of the atmosphere at the test section are used as the initial condition. When comparing the results of the in situ test and thermal analysis, the temperature of C3 observation hole that is 0.9 m away from the heater showed very similar patterns and figures (about $1.3^{\circ}C$ difference). But the results of the A and B observation hole showed a significant difference around $15^{\circ}C{\sim}20^{\circ}C$. To find the reason for these results, the over-coring is carried out for the A1 and B1 observation holes. As a result of checking the excavated rock core with the naked eye, there is no problem on the number and position of the sensor as the test plan. However the state of cement injection in the observation hole is poor.
In order to prevent leakage of contaminants in offshore landfill, vertical barrier should be installed. Vertical barrier should be installed at designed depth of seabed to prevent the horizontal transport of contaminant in the subsurface. In this study, the seepage and contaminant transport in the subsurface according to embedded depth of vertical barrier were analyzed by using 2-D finite element analysis program SEEP/W and 3-D finite difference analysis program Visual Modflow. Numerical modelling results show that seepage flux and contaminant transport in seabed was greatly reduced when vertical barrier was installed at certain depth of low permeable layer. Therefore, the determination of minimum embedded depth for preventing contaminant leakage is helpful to design the economical vertical barrier.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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