Fully coupled thermohydraulic modelling of the sealing bulkheads and adjacent rock in a full-scale underground test

摘要

The Tunnel Sealing Experiment (TSX) was a two-phase international project funded by Canada, Japan, France, and the United States. The first phase was pressurizing the TSX chamber to 4 MPa to investigate the ability of clay and concrete bulkheads to reduce hydraulic flows. The second phase involved circulating heated water through the chamber to evaluate the influence of elevated temperature on the performance of the bulkheads and adjacent rock. A numerical analysis to simulate thermohydraulic evolution of the bulkheads and surrounding rock of the TSX was conducted to help in understanding the physical test process and the interaction between heat and pore pressure evolutions. The simulated rock temperature matched the measured data quite well; however the simulated bulkhead temperatures were greater than the measured temperatures. The difference may have been caused by entrapped air or formation of microchannels in the chamber sand, which would decrease the amount of heat reaching the bulkheads. The simulated thermally induced pore pressure increase in the clay bulkhead reasonably matched the measured data for the saturated portion. The difference in magnitude between simulated and measured rock pore pressures indicates that thermo hy draulic simulation should be coupled with a mechanical component when the stiffness of the media is large and hydraulic conductivity is low.Key words: numerical modelling, Tunnel Sealing Experiment, nuclear waste management, hydraulic head, thermal conduction, thermal convection.L'Expérience de scellage de tunnels (TSX) est un projet international à deux phases qui a été financé par le Canada, le Japon, la France et les États-Unis. La première phase consistait à pressuriser la chambre du TSX à 4 MPa pour étudier la capacité de cloisons d'argile et de béton de réduire les écoulements hydrauliques. La deuxième phase consistait à faire circuler de l'eau chaude à travers la chambre pour évaluer l'influence d'une température élevée sur la performance des cloisons et du roc adjacent. On a réalisé une analyse numérique pour simuler l'évolution thermo-hydraulique des cloisons et du roc environnant du TSX afin d'aider à la compréhension du processus de l'essai physique et de l'interaction entre la chaleur et les évolutions de la pression interstitielle. La température simulée de la roche concordait bien avec les données des mesures, cependant, les températures simulées des cloisons étaient plus grandes que les températures mesurées. La différence peut avoir été causée par l'air emprisonnée ou la formation de microcanaux dans le sable de la chambre qui diminueraient la quantité de chaleur atteignant les cloisons. L'augmentation de la pression interstitielle induite par la température dans la cloison d'argile concordait raisonnablement avec les données des mesures dans la portion saturée. La différence de grandeur entre les pressions interstitielles simulée et mesurée dans la roche indiquent que la simulation thermo-hydraulique devrait être couplée avec une composante mécanique lorsque la rigidité médiane est grande et que la conductivité hydraulique est faible.Mots clés : modélisation numérique, l'Expérience de scellage de tunnels, entreposage de résidus nucléaires, charge hydraulique, conduction thermique, convection thermique.[Traduit par la Rédaction]