地下深部处置是高放射核废物永久处置的一种可行方案。为评估高放废物处置库的安全性,需要研究处置库近场裂隙岩体水流-传热对温度与应力影响的规律。本文的研究内容和主要结果如下:(1)选取高放废物处置库重要预选场区甘肃北山地区的花岗岩,制作750mm(宽)×300mm (厚)×1000mm (高)的稀疏不规则裂隙岩体模型,研究热源温度和裂隙水流速度对岩石温度和应力的影响。结果表明,斜裂隙水主要从侧部进水口流向侧部出水口,竖裂隙水主要从顶部进水口流向底部出水口,斜与竖裂隙在交汇处存在微小流量交换;由于热源与岩石间存在间隙,加热热源后,间隙中的水始终发生着自然对流换热现象,呈现出上层岩石温度较高的特性;岩石热传导和斜裂隙水流对温度分布起控制作用,竖裂隙水流对岩石横向热传导起阻滞作用;由于热源位置的局部性、岩石热传导及水流传热的不规则性,上层岩石形成从左向右为主的传热路径,中、下层岩石形成从上向下为主的传热路径;由于上、下层岩石温度梯度较小,岩石收缩受热拉应力,中层岩石温度梯度较大,岩石膨胀受热压应力;热源温度越高,裂隙水流速越低,岩石温度越高,并且岩石应力越大,系统达到稳态所需要的时间越长;填砂裂隙强化了裂隙介质的热导能力,岩石温度和热应力均高于无填充时岩石温度和热应力;试验过程中裂隙水无相变产生,温度与水流速度对测点水压影响很小。(2)建立了稀疏不规则裂隙岩体模型水流-传热对温度和应力影响的三维离散元模型,对比分析了模型试验各工况下裂隙岩体的温度和应力,同时分析了裂隙开度与边界条件对裂隙岩体温度的影响。离散元模拟表明,从瞬态到稳态,岩石的温度梯度逐渐减小,裂隙两侧岩石等温线的不连续性逐渐增大,斜裂隙水流对远离热源的中层岩石的传热路径影响越来越明显,上层岩石形成从下向上为主的传热路径,中、下层岩石形成从左向右为主的传热路径;模型边界间隙对远离热源岩石的温度和传热路径影响较明显;上、中、下三层岩石均受热压应力,应力增量随温度梯度的增大而增大,大主应力的方向近似垂直于斜裂隙面与竖裂隙面的交线。由于现有3DEC软件不能考虑水的热物性参数随温度的变化,离散元模拟中岩石热传导与竖裂隙水流的耦合早于斜裂隙,岩石热传导与斜裂隙水流和邻近热源侧的竖裂隙水流对温度分布起控制作用;热源温度越低,裂隙水流速越高,裂隙开度越大,岩石温度越低,并且岩石应力越小,系统达到稳态所需要的时间越短;裂隙水低流速时的热传导占主导作用,裂隙水高流速时的对流传热占主导作用,裂隙交汇处存在局部热对流。(3)考虑HLW玻璃固化体冷却30a后的热功率与高放废物处置库近场裂隙水流-传热作用,利用3DEC软件分析了裂隙水流-传热对高放废物处置库近场温度的影响。裂隙水流离废物罐越远,裂隙附近岩石温度越低,岩石热传导与裂隙水流传热的耦合作用越微弱,对岩体的中部水平剖面的温度场影响越不明显,对岩体中部垂直剖面的温度场影响较明显;由于裂隙水流的吸热降温作用,裂隙岩体模型的废物罐表面膨润土温度低于完整岩体模型废物罐表面膨润土温度,且缩短了达到稳态所需要的时间;距废物罐较近的裂隙水流上游区域废物罐表面膨润土温度显著低于裂隙水流下游区域废物罐表面膨润土温度,距废物罐较远的裂隙水流对上、下游区域废物罐表面膨润土温度影响较小;在设定条件下,裂隙岩体模型的废物罐表面膨润土最高温度约是完整岩体模型废物罐表面膨润土最高温度的75%,裂隙水流速度从0. 2mm/s增大到0. 5mm/s,废物罐表面膨润土最高温度降低了约4%,裂隙开度从0. 5mm增大到0. 7mm,废物罐表面膨润土最高温度升高了约3%。