随着中国经济的快速发展,核能的利用越来越广泛,同时也产生了大量的核废料。核废料合理安全的处置也成为了全世界研究的重点。建造地下处置库进行地质处理已经被全世界认为是最为合理的处理方法。水泥基材料作为核废料处置库建设的重要材料,在核废料地下处置库巷道衬砌的设计建造当中,不仅要起到巷道支护的作用,还要有较低的渗透性作为核废料和岩石之间的人工屏障。当处置库运行后,一方面巷道衬砌受到地应力的作用;另一方面核废料中的放射性元素,在处置的过程中将会放出大量的热量,使处置库巷道衬砌产生温度应力。这样巷道衬砌受到温度场和应力场的相互作用,产生非常复杂的热力耦合问题。从而影响处置库的永久性和稳定性,所以有必要对核废料处置库巷道衬砌所采用的水泥基材料进行热力耦合的特性研究。本文采用试验和有限元模拟的方法,对处置库巷道衬砌水泥基材料在热力耦合作用下的特性进行了研究,研究和分析的主要内容包括下列几项:(1)利用热传导理论对水泥基材料的温度场及应力场进行了理论分析和基本方程的推导。(2)制作了水灰比为0.4、0.45和0.5三组砂浆试样,通过试验得到三组试样的热学参数,包括:密度、导热系数、比热容和膨胀系数。通过单轴压缩试验和常规三轴压缩试验,得到三组试样的力学参数,包括:弹性模量、泊松比、粘聚力以及内摩擦角,并比较和分析了不同水灰比对其热力学参数的影响和变化规律。可以得出随着水灰比的增大,试样密度、导热系数、比热容、弹性模量、泊松比和粘聚力都在减小,与水灰比呈负相关;只有膨胀系数在增大,与水灰比呈正相关;内摩擦角基本不变,都在39°左右。(3)通过有限元软件Abaqus进行数值模拟,建立核废料处置库模型,选取了合理的热力耦合分析方法。将试验得到的三种水灰比的热力学参数分别代入到模型中,对处置库三种水灰比巷道衬砌的温度场和耦合场进行了数值模拟并分析其变化规律。研究得出:水灰比的变化对其温度场的影响不大,对耦合场的影响较大。水灰比为0.4的巷道衬砌的初始应力值、应力随时间增长的速率、应力峰值以及处置100年后应力值都比其它两种要小。因此在满足工程条件的情况下降低水灰比可以减小温度应力的产生,更有利于衬砌的安全性和稳定性。此研究为核废料处置库的概念性设计提供了借鉴依据。