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Technical Report NTB 86-27
Resaturation of backfilled tunnels in granite
Hochverdichteter Bentonit-Ton wird als Verfüllmaterial um die Endlagerbehälter für hochaktive Abfälle vorgeschlagen, die in gefrästen Stollen im kristallinen Grundgebirge der Nordschweiz endgelagert werden sollen. Am Anfang hat der Bentonit einen tiefen Wassergehalt und wird allmählich Wassersättigung erreichen, infolge des Wasserzuflusses aus dem kristallinen Gestein. Wegen den Auswirkungen auf die Korrosion des Abfallbehälters, die Auslaugung der Abfallmatrix und auf den Radionuklidtransport im Verfüllmaterial sind die nötige Zeit und der Grad der Bentonitsättigung vom Standpunkt der Sicherheitsbetrachtungen wichtig. Ein dreidimensionales, zweiphasiges Fliessmodell (FAMOS) wird zur Quantifizierung der erwarteten Wassersättigung unter den oben angeführten Bedingungen benützt.
Die notwendige Zeit zur Erreichung der Wassersättigung, berechnet mit dem Modell FAMOS, liegt im Bereich von weniger als 100 bis mehr als 1000 Jahre. Diese Resultate sind vergleichbar mit jenen von Diffusionsmodellen der Bentonitsättigung mit einem Diffusionskoeffizienten von 3 × 10-10 m2 s-1. Der Zeitbedarf ist von den hydraulischen Eigenschaften des Bentonits sowie von der hydraulischen Konduktivität des wassergesättigten kristallinen Gesteins abhängig. Mit hydraulischen Konduktivitäten des gesättigten Granits in der Grössenordnung von 10-9 m s-1 wird der Bentonit in weniger als 100 Jahren voll gesättigt. Für hydraulische Konduktivitäten in der Grössenordnung von 10-12 m s-1 wird der Bentonit in mehreren Hunderten bis mehr als 1000 Jahren voll gesättigt. Für eine gegebene Granitkonduktivität ist der Sättigungsgrad eine Funktion der Beziehung zwischen Bentonit-Kapillardruck und Charakteristik der Wassersättigung. Für hohe Kapillardrücke (in der Grössenordnung von 105 kPa) saturiert der Bentonit relativ schnell; bei tieferen Kapillardrücken nimmt die Zeit bis zur vollständigen Wassersättigung zu.
Die eindimensionale Resaturierung einer zylindrischen Bentonit-Probe wurde mit FAMOS simuliert. Die Resultate wurden mit Messungen der Nagra verglichen. Sensibilitätsanalysen wurden durch das Variieren der hydraulischen Konduktivität des gesättigten Bentonits von 10-13 m s-1 bis 10-14 m s-1, das Variieren der Beziehung zwischen charakteristischem Kapillardruck und Charakteristik der Wassersättigung und der Beziehung zwischen der charakteristischen relativen Permeabilität und der Charakteristik der Wassersättigung durchgeführt. Mit einer aus Messungen der Wasserdampfadsorptionsisothermen von Bentonit abgeleiteten Beziehung zwischen Kapillardruck und Wassersättigung und einer Trockendichte von 1.92 Mg m-3 wurde als wahrscheinlichster Wert 2 × 10-14 m s-1 für die hydraulische Konduktivität des Bentonits erhalten. Diese Schätzung ist in der gleichen Grössenordnung wie Werte, die von anderen Forschern in Schweden, der Schweiz und den Vereinigten Staaten beobachtet wurden.