Optimalizace profilů ukládacích chodeb hlubinného úložiště v ČR s ohledem na minimalizace EDZ

Abstract

Zóna poškození horninového masivu (EDZ Excavation Damaged Zone) představuje klíčový faktor ovlivňující dlouhodobou bezpečnost hlubinného úložiště radioaktivních odpadů. Vznik EDZ je důsledkem narušení rovnovážného stavu horninového masivu v důsledku ražby podzemních děl, což vede ke změnám mechanických a hydraulických vlastností hornin. Hlavním cílem práce je návrh optimalizace profilů ukládacích chodeb tak, aby byl minimalizován rozsah EDZ a tím minimalizován vznik preferenčních cest pro migraci radionuklidů. Provedené numerické modely využívají Hoek-Brownovo kritérium porušení, které umožňuje realistický popis odezvy horninového masivu jako nelineárního izotropního materiálu. Výpočty jsou provedeny pomocí metody konečných prvků (MKP) v 2D prostředí pro různé napjatostní podmínky a čtyři varianty geometrie ukládacích chodeb. Jsou zohledněny tři přístupy k výpočtu napjatosti: teorie pružnosti, hydrostatická napjatost a převládající boční tlak horninového masivu. Numerické simulace umožňují analyzovat vliv geometrie ukládacích chodeb na rozsah EDZ a identifikovat optimální variantu.

The Excavation Damaged Zone (EDZ) is a critical factor affecting the long-term safety of a deep geological repository for radioactive waste. The EDZ arises from the disturbance of the in-situ equilibrium of the rock mass caused by underground excavation, leading to changes in the mechanical and hydraulic properties of the rock. The primary aim of this study is to design an optimization of the repository drift profiles to minimize the extent of the EDZ and thus reduce the development of preferential pathways for radionuclide migration. The numerical models employ the Hoek-Brown failure criterion, which enables a realistic representation of the rock mass response as a nonlinear isotropic material. Finite element method (FEM) computations are performed in a 2D domain for various stress conditions and four geometric variants of the repository drifts. Three stress calculation approaches are considered: elastic theory, hydrostatic stress, and predominant lateral earth pressure. The numerical simulations allow analysis of the influence of drift geometry on the extent of the EDZ and the identification of the optimal configuration.