Dissertation/ Thesis
Hydro-mechanical modelling of a sealing concept for a deep geological radioactive waste repository
| Τίτλος: | Hydro-mechanical modelling of a sealing concept for a deep geological radioactive waste repository |
|---|---|
| Συγγραφείς: | Alonso, Matías |
| Συνεισφορές: | University/Department: Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Civil i Ambiental |
| Thesis Advisors: | Vaunat, Jean, Olivella Pastallé, Sebastià |
| Πηγή: | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Στοιχεία εκδότη: | Universitat Politècnica de Catalunya, 2026. |
| Έτος έκδοσης: | 2026 |
| Φυσική περιγραφή: | 147 p. |
| Θεματικοί όροι: | deep Geological Disposal (DGD), engineered barrier system (EBS), sealing structures, Callovo-Oxfordian (COx) claystone, bentonite-based expansive material, excavation-damaged zone (EDZ), sealing core hydration, swelling pressure development, hydro-mechanical coupling, double structure model, 3D large-scale simulation, in situ large-scale test, long-term performance, Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria civil, Àrees temàtiques de la UPC::Desenvolupament humà i sostenible, 624 - Enginyeria civil i de la construcció en general, 502 - Natura. Estudi conservació i protecció de la natura |
| Περιγραφή: | Tesi amb menció de Doctorat Internacional |
| Description (Translated): | (English) Deep Geological Disposal (DGD) has emerged as the most viable solution for the final disposal of radioactive waste, offering the potential for the permanent containment and isolation of waste from the biosphere over extended timescales. Several countries have made significant progress in developing Deep Geological Repository (DGR) concepts for the permanent disposal of such waste. The long-term safety of these facilities relies primarily on the host rock—the natural barrier that plays the central role—supplemented by engineered components collectively referred to as the engineered barrier system (EBS). The EBS includes containers, backfills, buffers, and other structures designed to ensure favourable conditions for the long-term isolation of radioactive waste. The design, performance, and safety assessment of a DGR—and particularly of its EBS components—are therefore essential for the sustainable development of nuclear energy, making their study a key research area within geotechnical engineering. In this context, the main objective of this research is to contribute to the understanding and assessment of the long-term performance of a large-diameter sealing concept developed within the framework of the Cigéo project, led by the French National Radioactive Waste Management Agency (Andra). To achieve this objective, a multi-scale and multi-step numerical modelling strategy has been adopted. The approach combines detailed material characterisation with advanced constitutive modelling of the expansive core, backfill materials, and host rock, accounting for features such as inherent anisotropy and double structure. The modelling framework incorporates coupled hydro-mechanical processes, enabling the analysis of key phenomena such as the natural hydration of the sealing core, the development of swelling pressure, the resaturation and recompression of the excavation-damaged zone (EDZ), the global equilibrium of the sealing system, and the potential deconfinement of the sealing core and its associated loss of swelling capacity. The simulations address the complexity of the problem by integrating large-scale three-dimensional geometries, advanced constitutive formulations, and critical geometric details at the decimetre scale. These challenging simulations provide valuable insights into the performance and long-term integrity of the sealing structures, establishing a robust framework and a powerful tool to enhance the understanding of the behaviour of these EBS, contributing to the optimisation of repository design and safety. (Català) L’Emmagatzematge Geològic Profund (EGP) s’ha consolidat com la solució més viable per a l’eliminació definitiva dels residus radioactius, ja que ofereix el potencial de confinar i aïllar permanentment aquests residus respecte de la biosfera durant períodes de temps molt prolongats. Diversos països han fet avenços significatius en el desenvolupament de conceptes d’EGP per a la gestió final d’aquests materials. La seguretat a llarg termini d’aquestes instal·lacions depèn principalment de la roca hostatgera —la barrera natural que exerceix el paper principal— complementada pels components que conformen el denominat sistema de barreres d’enginyeria (SBE). El SBE inclou els contenidors, els rebliments, els materials d’aïllament i altres estructures dissenyades per garantir condicions favorables a l’aïllament de llarga durada dels residus radioactius. El disseny i l’avaluació de la seguretat d’un EGP —i, en particular, dels seus components del SBE— són, per tant, aspectes essencials per al desenvolupament sostenible de l’energia nuclear, convertint-ne l’estudi en un àmbit clau dins de l’enginyeria geotècnica. En aquest context, l’objectiu principal d’aquesta investigació és contribuir a la comprensió i avaluació del comportament a llarg termini d’un concepte de segellat de gran diàmetre desenvolupat en el marc del projecte Cigéo, liderat per l’Agència Nacional Francesa per a la Gestió dels Residus Radioactius (Andra). Per assolir aquest objectiu, s’ha adoptat una estratègia de modelització numèrica multiescala i en diverses etapes. L’enfocament combina una caracterització detallada dels materials amb una modelització constitutiva avançada del nucli expansiu, dels materials de rebliment i de la roca hostatgera, tenint en compte aspectes com l’anisotropia inherent i l’estructura doble. El marc de modelització incorpora processos hidromecànics acoblats, que permeten analitzar fenòmens clau com la hidratació natural del nucli de segellat, el desenvolupament de la pressió de cabiment, la resaturació i recompressió de la zona afectada per l’excavació (ZAE), l’equilibri global del sistema de segellat i el possible desconfinament del nucli juntament amb la pèrdua associada de la seva capacitat de cabiment. Les simulacions aborden la complexitat del problema integrant geometries tridimensionals a gran escala, formulacions constitutives avançades i detalls geomètrics crítics a escala decimètrica. Els resultats ofereixen informació valuosa sobre el rendiment i la integritat a llarg termini de les estructures de segellat, establint un marc sòlid i una eina eficaç per millorar la comprensió del comportament d’aquests sistemes de barreres d’enginyeria i, així, contribuir a l’optimització del disseny i la seguretat dels emmagatzematges geològics. (Español) El Almacenamiento Geológico Profundo (AGP) se ha consolidado como la solución más viable para la eliminación definitiva de los residuos radiactivos, al ofrecer el potencial de confinar y aislar permanentemente dichos residuos de la biosfera durante periodos de tiempo muy prolongados. Diversos países han avanzado de forma significativa en el desarrollo de conceptos de AGP para la gestión final de estos materiales. La seguridad a largo plazo de estas instalaciones depende fundamentalmente de la roca huésped —la barrera natural que desempeña el papel principal —complementada por los componentes que conforman el denominado sistema de barreras de ingeniería (SBI). El SBI incluye los contenedores, los rellenos, los materiales de sellado y otras estructuras diseñadas para garantizar condiciones favorables al aislamiento duradero de los residuos radiactivos. El diseño y la evaluación de la seguridad de un AGP —y, en particular, de sus componentes del SBI— son, por tanto, aspectos esenciales para el desarrollo sostenible de la energía nuclear, convirtiendo su estudio en un ámbito clave dentro de la ingeniería geotécnica. En este contexto, el objetivo principal de esta investigación es contribuir a la comprensión y evaluación del comportamiento a largo plazo de un concepto de sellado de gran diámetro desarrollado en el marco del proyecto Cigéo, liderado por la Agencia Nacional Francesa para la Gestión de Residuos Radiactivos (Andra). Para alcanzar este objetivo, se ha adoptado una estrategia de modelización numérica multiescala y en varias etapas. El enfoque combina una caracterización detallada de los materiales con una modelización constitutiva avanzada del núcleo expansivo, los materiales de relleno y la roca huésped, teniendo en cuenta aspectos como la anisotropía inherente y la doble estructura. El marco de modelización incorpora procesos hidro-mecánicos acoplados, que permiten analizar fenómenos clave como la hidratación natural del núcleo de sellado, el desarrollo de la presión de hinchamiento, la resaturación y recomprensión de la zona afectada por la excavación (ZAE), el equilibrio global del sistema de sellado y el posible desconfinamiento del núcleo junto con la pérdida asociada de su capacidad de hinchamiento. Las simulaciones abordan la complejidad del problema integrando geometrías tridimensionales a gran escala, formulaciones constitutivas avanzadas y detalles geométricos críticos a escala decimétrica. Los resultados ofrecen información valiosa sobre el rendimiento y la integridad a largo plazo de las estructuras de sellado, estableciendo un marco sólido y una herramienta eficaz para mejorar la comprensión del comportamiento de estos sistemas de barreras de ingeniería, y contribuir así a la optimización del diseño y la seguridad de los almacenes geológicos. DOCTORAT EN ENGINYERIA DEL TERRENY (Pla 2012) |
| Τύπος εγγράφου: | Dissertation/Thesis |
| Περιγραφή αρχείου: | application/pdf |
| Γλώσσα: | English |
| DOI: | 10.5821/dissertation-2117-458902 |
| Σύνδεσμος πρόσβασης: | https://hdl.handle.net/10803/697031 https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-458902 |
| Rights: | L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ info:eu-repo/semantics/embargoedAccess |
| Αριθμός Καταχώρησης: | edstdx.10803.697031 |
| Βάση Δεδομένων: | TDX |
καταχωρήστε σχόλιο πρώτοι!