[发明专利]放射性气体在地下岩体中扩散浓度分布的计算方法

权利要求书

1.放射性气体在地下岩体中扩散浓度分布的计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)对已开挖地下洞室的山体建模，通过二维饱和-不饱和渗流分析，得到山体地下水位分布；

2)对地下水位以上部分的地下岩体进行建模，通过求解非稳态气体扩散方程，得到地下岩体气体压力分布，并通过流速-压力方程计算地下岩体中气体的流速分布；

3)计算放射性气体在地下岩体裂隙空气中的扩散系数，通过地质手册查阅所分析放射性气体在岩体中的吸附系数和吸收系数，通过查阅辐射防护手册查阅所分析放射性气体的半衰期；

4)根据放射性气体在地下岩体中扩散浓度分布的影响因素，建立放射性气体在地下岩体中的二维非稳态扩散方程；放射性气体在地下岩体中扩散浓度变化的影响因素包括：a.地下岩体中空气流动导致的放射性气体扩散；b.放射性气体浓度差导致的扩散；c.放射性气体在地下岩体内的吸附；d.地下岩体对放射性气体的吸收；e.放射性气体衰变；所述放射性气体在地下岩体中的二维非稳态扩散方程为：

其中，C表示放射性气体的浓度，t表示时间，x表示方向位置，y表示位置水头，v_x,v_y分别表示x方向、y方向地下岩体中气体流速，λ表示放射性气体的衰变常数，ρ_r表示地下岩体的密度，Ad表示吸附系数，Ab表示吸收系数，D表示放射性气体在地下岩体裂隙空气中的扩散系数；δ表示地下岩体间隙比；

5)求解放射性气体在地下水位以上部分的地下岩体中的二维扩散方程，得到其浓度分布。

2.根据权利要求1所述的放射性气体在地下岩体中扩散浓度分布的计算方法，其特征在于：所述步骤1)中二维饱和-非饱和渗流分析通过求解二维饱和-非饱和渗流控制方程实现：

其中，H表示压力水头，t表示时间，c表示比水容量，k表示导水率，x表示方向位置，y表示位置水头。

3.根据权利要求1所述的放射性气体在地下岩体中扩散浓度分布的计算方法，其特征在于：所述步骤2)中通过求解气体压力分析区域的非稳态气体扩散方程，得到所述地下岩体气体压力分布：

其中，x表示方向位置，y表示位置水头，ε_x,ε_y分别表示x方向、y方向岩体的透气性系数，P表示气体压力，β表示气体的压缩率，f表示岩体的孔隙率，t表示时间。

4.根据权利要求3所述的放射性气体在地下岩体中扩散浓度分布的计算方法，其特征在于：所述步骤2中根据所得地下岩体气体压力分布，通过流速-压力方程计算地下岩体中气体的流速分布：

其中，v_x,v_y分别表示x方向、y方向地下岩体中气体流速，ρ表示气体密度。

5.根据权利要求1所述的放射性气体在地下岩体中扩散浓度分布的计算方法，其特征在于：所述步骤3)中，放射性气体在地下岩体裂隙空气中的扩散系数D通过以下公式计算：

其中，T表示绝对温度，P表示压力，σ表示分子的碰撞直径，Ω表示与碰撞积分，M_A表示空气的相对分子质量，M表示放射性气体的相对分子质量。

6.根据权利要求3所述的放射性气体在地下岩体中扩散浓度分布的计算方法，其特征在于：所述气体压力分析区域是指根据步骤1)的计算结果所确定的地下水位以上部分的山体区域。