A DUAL CONTINUUM COUPLED MULTIPHASE FLOW MODEL WITH MIXED SECOND ORDER WATER TRANSFER TERM FOR STRUCTURED SOILS: I THEORY

L. Zheng y J. Samper

Escuela de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Universidade da Coruña, Campus Elviña, 15192 Coruña, España; lzheng@udc.es

ABSTRACT. Compacted bentonites are being used in many countries as backfill and sealing material in highlevel radioactive waste disposal. Experimental studies indicate that bentonite exhibits two types of porosity: A macro-porous domain which is characterized by free water and a micro-porous domain mainly composed of interlayer water. The microscopic heterogeneity of bentonite and the interactions of thermal, hydrodynamic and geochemical processes call for a fully coupled dual-domain flow model to describe the hydrodynamic behaviour of bentonite. In this series of two papers we present a dual domain model. In the first part we present the mathematical formulation of non-isothermal multiphase flow considering chemical and thermal osmosis. A second order water transfer term which accounts for water transfer between the two domains induced by both hydraulic pressure and chemical osmosis pressure gradient is proposed. Their implementation in a finite element code are discussed. Testing of the mathematical formulation with synthetic and real data is presented in the second paper of the series.

RESUMEN. Varios paises contemplan la utilización de bentonita compactada como material de relleno y sellado de un almacenamiento profundo de residuos radiactivos. Los estudios experimentales indican que la bentonita muestra dos tipos de porosidad: Los macroporos con agua libre y los microporos con agua interlaminar. La heterogeneidad microscópica de la bentonita y las interacciones entre los procesos térrmicos, hidrodinámicos y geoquímicos requieren utilizar un modelo de doble porosidad. En esta serie de dos trabajos se presenta un modelo de doble porosidad. En este primer trabajo se describe la formulación matemática del flujo noisotermo multifásico considerando ósmosis térmica y química. Se utiliza un término de segundo orden para el flujo de agua entre subdominios producido por los gradientes de presión intersticial y osmótica. Se describe además la implementación de esta formulación en un programa de elementos finitos. En el segundo trabajo se describe la aplicación del modelo a datos sintéticos y a un experimento real.