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Arbeitsbericht NAB 13-78

Extent and shape of the EDZ around underground structures of a geological repository for radioactive waste – A sensitivity study for the Opalinus Clay formation in the proposed siting regions in Northern Switzerland

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Beim Bau und Betrieb eines geologischen Tiefenlagers entwickelt sich im Umfeld der Untertagebauwerke eine Auflockerungszone, die nach Lagerverschluss einen möglichen Freisetzungspfad für Radionuklide darstellt und somit im Rahmen der Langzeit-Sicherheitsanalysen zu berücksichtigen ist. Die Wirksamkeit dieses Freisetzungspfads hängt nicht nur von der Form und der räumlichen Erstreckung der Auflockerungszone ab, sondern auch von der Art der Gebirgsauflockerung. In überkonsolidierten Tonformationen zeigen sowohl empirische Befunde als auch experimentelle Untersuchungen ausnahmslos, dass Spröddeformation des Gebirges der vorherrschende Mechanismus ist, d. h. die Auflockerungszone wird durch diskrete, exkavationsbedingte Trennflächensysteme gebildet.

Zu diesem Zweck wurden mit einem sogenannten FEMDEM Modell (Methode der hybriden finiten Elemente) rissmechanische Sensitivitätsstudien zur Abschätzung der Auflockerungszone im Umfeld eines geologischen Tiefenlagers durchgeführt. Konkret wurden 3 verschiedene Lagerkomponenten modelliert, nämlich ein BE/HAA-Lagerstollen, eine SMA-Lagerkaverne (Typ K09) und ein Schachtquerschnitt. Die durchgeführten Sensitivitätsstudien beziehen sich auf ein geologisches Tiefenlager im Opalinuston in den potenziellen Standortgebieten in der Nordschweiz. Der Schwerpunkt der rissmechanischen Modellierungen lag auf der Erstellung eines Katalogs von charakteristischen Rissbildern in der Umgebung der Untertagebauwerke unter Berücksichtigung der konzeptionellen und parametrischen Ungewissheiten in den vorgeschlagenen Standortregionen. Es sind dies:

  • der Einfluss der Lagertiefe und der Gebirgsspannungs-Anisotropie
  • der Einfluss der geomechanischen Eigenschaften des Wirtgesteins;
  • der Einfluss der notwendigen Ausbaumassnahmen
  • der Einfluss der Rückbildung der Auflockerungszone nach der
  • Verfüllung der BE/HAA Lagerstollen mit quellfähigem Bentonit

Als maximale Tunnelkonvergenz wurden Werte bis zu 4% angenommen, so dass die in diesem Bericht ermittelten Rissbilder eine konservative Abschätzung der zu erwartenden Ausdehnung der Auflockerungszone darstellen. Die berechneten Rissbilder in Form eines digitalen Rissinventars (Risstyp, Risslänge, Rissorientierung, Rissbreite, vergl. Anhang) liefern die Grundlage für die quantitative Abschätzung der effektiven hydraulischen Durchlässigkeit der Auflockerungszone im Rahmen weiterführender hydraulischer Modellierungen (Alcolea et al. 2014).

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