Натурные исследования изменения деформационных свойств пород, находящихся под воздействием тепловыделяющих РАО. В.С. Гупало, ВНИПИпромтехнологии Размещение радиоактивных отходов в геологической формации для длительного хранения и захоронения, предусматривает использование горных пород, как природного барьера, исключающего возможность распространения радионуклидов в биосферу. Создание подземных сооружений и использование имеющихся для длительной подземной изоляции тепловыделяющих отходов сопряжено с технологическими нагрузками на горные породы массива. Под техногенными нагрузками подразумевается влияние на подземные сооружения и вмещающий породный массив содержащихся отходов. В результате такого воздействия породный массив начинает изменять свои первоначальные прочностные, деформационные, изоляционные и др. свойства. От величины изменения этих свойств зависит возможности или невозможность использования данного массива - по изоляционным качествам, по сохранению выработками устойчивости в течение длительного периода времени - для сооружения в нем объекта подземной изоляции. Предметом исследования в настоящей работе является влияние тепловой нагрузки на прочностные свойства вмещающего породного массива. Многочисленные лабораторные исследования показали, что образцы гнейсов практически не подвержены снижению прочности при нагреве. А незначительное снижение прочности наблюдается при температурах выше 300 С. Однако это не может охарактеризовать поведение породного массива, содержащего различные виды нарушений с различными типами заполнителей. Как известно механизм разрушения скального массива в значительной степени зависит от прочности связей структурных элементов, слагающих массив, т.к. она существенно ниже прочности самих элементов и в наибольшей степени подвержена температурному воздействию. Механизм воздействия тепловой нагрузки на породный массив можно разделить на две составляющие. Первая связана с возникновением в породах термических напряжений из-за неравномерного теплового расширения минералов. Вторая обусловлена различными физическими и термохимическими превращениями минералов породы при нагреве. В результате воздействия температур все параметры пород, характеризующие их пластичность, ползучесть, релаксацию напряжений увеличиваются. Вязкость породы с нагревом снижается. Для оценки изменения деформационных свойств пород, находящихся в условии повышенных температур, на одном из подземных объектов МинАтома - Красноярском Горно-химическом комбинате (ГХК) были: - изучены горно-геологические условия вмещающего массива; - проанализированы результаты многолетних натурных измерений в нагреваемых и не нагреваемых выработках; Подземные сооружения ГХК представляют уникальный аналог будущих хранилищ тепловыделяющих отходов. Наличие мощных источников тепла, представленных теплообменниками ядерного реактора, а также различных горно-геологических условий, дает возможность оценивать развитие геомеханических, гидрогеологических, геохимических процессов во вмещающих породах, включающих различные типы нарушений и различные виды техногенного воздействия. В результате работы реактора, вмещающие породы оказались разогретыми до температуры 60 С. Вмещающий выработки массив сложен метаморфическим комплексом пород, представленным серыми и темно-серыми биотит-плагиоклазовыми гнейсами. Основными элементами тектонической структуры породного массива являются трещины и разрывные нарушения с заполнителями, представленными хлоритом, глинистым материалом, карбонатным и кремнистым цементом. Службой горного надзора ГХК для обеспечения безопасной эксплуатации и прогноза состояния выработок, в течении всего срока службы выработок, проводились инструментальные измерения ряда параметров, один из которых – линейные габариты камер. Эти измерения привязаны к измерительным створам, которые показаны на рисунке 1. Анализ результатов измерений показал, что в выработках, содержащих источники тепла, и разогревших породы, происходят смещения стен, принявшие характер незатухающей ползучести. В аналогичных по размеру и геологическим условиям выработках без температурного воздействия смещения стен не наблюдаются. Сравнение результатов инструментальных измерений и геологического строения породного массива показало, что на участках камер, где вмещающие породы сложены с преобладанием в качестве заполнителя трещин глинистого материала и хлорита смещения стен происходят более интенсивно, чем на участках с преобладанием в качестве заполнителя карбонатного или кремнистого цемента. Так, на участках с преобладанием глинистого заполнителя смещения составили 22 Рис. 1 Расположение измерительных створов мм. С отставанием в 12 мм деформируются стены на участках, представленных карбонатным или кремнистым цементом. График смещений приведен на рисунке 2. Для количественной оценки изменения прочностных свойств массива пород при нагреве и возможности учета этих изменений при проектировании, было проведено физическое моделирование на эквивалентных материалах. Схема экспериментальной установки показана на рисунке 3. Физическая модель трещиноватого массива, позволяет вводить температурную нагрузку и учитывать различные системы трещин и их заполнителей. Свойства блочных элементов массива подбирались по результатам лабораторных испытаний образцов керна. Рис. 3 Принципиальная схема экспериментальной установки Материал заполнителя контактов блоков был подобран по анализу результатов многочисленных сдвиговых испытаний призм, содержащих различные типы нарушений и заполнителей, проводившихся при строительстве ГХК, а также по результатам лабораторных испытаний образцов керна, содержащего нарушения. Результаты испытаний показали характер деформирования аналогичный, отмеченному в натурных условиях. Слабо трещиноватые массивы в меньшей степени подвержены изменению прочностных свойств под действием температуры по сравнению с сильно трещиноватыми. Вместе с тем уменьшение прочности происходит и при изменении заполнителя трещин от кремнистого к глинистому (т.е. от менее подверженного влиянию температуры к более подвеженному). Наибольшему изменению свойств подвержены сильно трещиноватые породы с глинистым заполнителем контактов блоков, и уменьшение составляет 15-20 % от прочности. Заключение. Проведенный комплекс натурных и лабораторных исследований показал возможность изменения прочностных свойств массива в зависимости от систем трещиноватостей и температурных нагрузок. Практически без изменения свойств переносят тепловую нагрузку слабо трещиноватые массивы с заполнителем, представленным кремнистым цементом. Наибольшему изменению подвержены массивы пород с глинистым заполнителем систем трещин. Прочностные характеристики сильнотрещиноватых массивов уменьшаются на 15-20% по сравнению с аналогичными (по нарушенности и составу) массивами не испытывающими тепловую нагрузку, что может служить потере устойчивости в сильно трещиноватых породах. Список литературы. 1. Гупало В.С. Анализ деформационных процессов в породном массиве, вмещающем тепловыделяющие источники. МГГУ. Горный информационно-аналитический бюллетень. № 1. 2001 2. В.В. Ржевский, Г.Я. Новик Основы физики горных пород. Москва. Недра, 1984 3. М.В. Рац, С.Н. Чернышев Трещиноватость и свойства трещиноватых горных пород. Москва. Недра. 1970