SUMMARY
When assessing the safety of a repository for spent fuel it is important to understand i) in what conditions fracture slip can occur in the repository rock volume, ii) the size of the resulting slip displacements and iii) their potential impact on the long-term safety. A 3D-thermo-mechanical coupled study conducted by the Authors (Yoon and Zang 2019, SSM Report 2019 in press) has investigated the induced fracture slip due to thermal and/or seismic loads. The investigation is condSwedish Radiation Safety Authorityucted for SKB’s proposed site for a geological repository for spent nuclear fuel in Forsmark, Sweden. This paper reports one of the examined cases in the performed study, the case with seismic loads. The simulation code used is Particle Flow Code 3D (PFC3D), a commercial code by Itasca. Based on the site characterization work performed by SKB, a 3D geological model with the major faults and deformations zones was created. Furthermore, a discrete fracture network in the repository volume is generated based on DFN data from Forsmark. The deformation zones and repository fractures are implemented using the PFC3D’s smooth joint model. In this case, we simulated an earthquake event occurring at a gently dipping fault, ZFMA3, above the repository rock volume for the present day reverse faulting stress condition. We investigated the temporal and spatial changes in the fault slip and the slip of the repository fractures in these conditions. The simulated magnitude associated with the fault dynamic rupture of zone ZFMA3 is M5.7 with slip displacement of 0.42 m, which reasonably fit into the scaling parameters of natural earthquake faults for a zone of this length. The fault slip concentrates at shallow depth and decreases along the dip of ZFMA3. The slip displacements of the repository fractures change with time, showing that some fractures record displacements increasing to a peak and then decreasing, and some show a gradual increase with time without recovery, resulting in a permanent slip displacement. This study demonstrates that the repository fractures can slip due to an earthquake event occurring at a nearby fault. Further studies are needed to fully understand the potential impact of fracture displacements on the engineered barrier system in the repository.

Svensk titel: 3D-DISCRETE ELEMENTMODELLING OF FRACTURE SLIPINDUCED BY A FAULT DYNAMIC RUPTURE: APPLICATION TOSPENT FUEL REPOSITORY SAFETY ASSESSMENT
Vid utvärderingen av den långsiktiga säkerheten för att slutförvar för använt kärnbränsle är det viktigt att förstå under vilka förhållanden som sprickrörelser sker och hur mycket de rör sig och vilken betydelse det har för den långsiktiga säkerheten. En 3D kopplad termisk-mekanisk studie (Yoon and Zang 2019, SSM 2019 kommande publikation) har undersökt sprickrörelser orsakade av termiska och/eller seismiska laster. Studien utgår från SKBs ansökta plats för ett geologiskt slutförvar för använt kärnbränsle i Forsmark, Sverige. Denna artikel baseras på en av studiens modelleringsfall utan termiska laster. Vid simuleringarna av jordskalv använde vi Particle Flow Code 3D (PFC3D v4) som är en 3-D diskret elementkod utvecklad av Itasca. För att simulera jordskalv av en magnitud större än M5, utgår studien från SKB:s regionala geologiska modell för Forsmark med fokus på zon ZFMA3. Resultaten visar att källparametrarna vid simuleringen av jordbävningen, t.ex. en skjuvrörelse i zon ZFMA3 på 0,42 m, är i god överensstämmelse med dokumenterade skalningsförhållanden från observationer av jordskalvsförkastningar. En av slutsatserna från denna studie är att simuleringarna av dynamiska brott i samband med förkastningsrörelser väl kan återge brottmekanismer vid naturliga jordskalvsförkastningar. Resultaten visar också att enskilda sprickor i slutförvaret förskjuts i samband med ett jordskalv vid någon av de närliggande större förkastningarna i Forsmark. Skjuvrörelserna i vissa sprickor går upp till ett värde men sen minskar igen, i andra sprickor permanenta förskjutningar uppstår. Ytterligare studier krävs dock för att fullt ut förstå sprickförskjutningarnas inverkan på det tekniska barriärsystemet i slutförvaret.