缓冲/回填材料砌块抗拉强度试验研究

对半工业化/工业化制备的缓冲/回填材料砌块抗拉强度以及不同位置抗拉强度均匀性的准确评价,可为优化砌块制备工艺、设计砌块起吊装置提供重要参考。基于单轴压实技术制备标准试样,使用径向劈裂法测定抗拉强度,研究高径比、荷载接触方式对砌块抗拉强度测试结果的影响。在此基础上,采用钻孔、取心和切割技术在大型扇形砌块不同位置取样,分析其抗拉强度的均匀性。实验结果表明:使用劈裂法测定砌块抗拉强度时,平板加载和弧形加载结果相近,垫条加载试验结果小于前两者;砌块抗拉强度随高径比增加先呈指数减小,在高径比大于0.6时可忽略其对抗拉强度的影响;大型砌块不同位置处抗拉强度与模具形状无关,而与距模具边界位置相关,距边界越远抗拉强度越小。

缓冲/回填材料砌块抗剪强度试验研究

抗剪强度是缓冲/回填材料机械缓冲性能的评价指标之一。使用单轴压实法制备缓冲/回填材料大型砌块并利用钻孔取芯获得其不同位置处代表性试样,通过直剪试验测定砌块的抗剪强度。实验结果表明:取芯方法对大型砌块剪切试验结果有较大影响;总体上看试样的抗剪强度越大,其发生剪切破坏时的剪位移越小。干密度1.79 g·cm-3,含水率13.70%的1/8型扇形砌块的粘聚力为1.395 MPa,内摩擦角为26.18°。首次获得了米级尺度大型缓冲材料砌块及大型回填材料砌块的抗剪强度参数,为缓冲/回填材料的设计以及数值模拟工作提供了重要的输入条件。

我国高放废物处置库缓冲/回填材料压实膨胀特性研究

本文研究了我国高放废物地质处置库缓冲 /回填材料———内蒙古高庙子膨润土的压实、膨胀力和膨胀变形特性。实验结果表明 ,膨润土样品的压实密度与压制压力和蒙脱石含量有关 ,膨胀力与样品压实密度和蒙脱石含量有关 ,样品在荷载作用下膨胀变形明显减小。

高放废物地质处置库缓冲/回填材料性能测定

根据矿床位置、交通、矿区地质特征、矿床成因、矿床储量、矿区自然地理与开采技术条件等因素综合对比研究，确定内蒙古兴和县高庙子膨润土矿床为我国高放废物地质处置库缓冲／回填材料供给基地的首选矿床。本文对主要矿层进行了物质成分、物理化学性能等方面的研究。对测试结果分析可知，高庙子膨润土的蒙脱石含量较高，物理化学性能和物理水理性质较好。因此，高庙子膨润土矿床作为高放废物地质处置库缓冲／回填材料的供给基地是可行的。

缓冲/回填材料——砂-膨润土混合物研究进展

砂-膨润土混合物已被很多核能国家选为核废物地质处置库中理想的缓冲/回填材料。膨润土中加入砂可提高热传导系数和强度,维持适当的膨胀力,使其工程上易于处理并节省成本;但同时会导致其阻水能力和自愈性减弱。研究表明,影响砂-膨润土混合物以上各性质的主要因素为:砂/膨润土配合比、初始含水量、干密度等,它们综合决定着砂/膨润土最优配合比的选取。石英砂对混合物的渗透性、热传导性、强度等的影响,最优配合比选取,以及非饱和状态下吸力变化对混合物渗透性的影响等,应该是今后一段时间内砂-膨润土混合物研究的重点。

高放废物处置库预选缓冲/回填材料液塑限测定试验研究

深地质处置被国际上公认为处置高放废物的最有效可行的办法。缓冲/回填材料是高放废物深地质处置中非常重要的一道人工屏障。经过筛选,内蒙古高庙子钠基膨润土被确定为我国高放废物深地质处置的首选基料。通过对该钠基膨润土的落锥式和碟振动式两种液塑限测定方法的比较,确定利用碟振动式仪法测试更合理,测得液限为310%,塑限值为39.0%,塑性指数为271.0%。结果表明,内蒙古高庙子钠基膨润土具有高的水容量、荷重下的高致密性、低渗透性、较高的强度和较强的水稳定性。

高放废物地质处置库缓冲/回填材料的气体渗透问题研究进展

简要回顾和总结了国内外学者对处置库中的气体形成与渗透机制,注气试验装置与试验方法,以及气体渗透特性等方面的研究成果和最新进展。研究表明,深地质处置库运营过程中会由于金属无氧腐蚀等产生以氢气为主的多组分气体,气体在缓冲/回填材料中主要以对流–扩散渗流、黏性–毛细管两相流、局部膨胀通道渗流和沿宏观裂缝渗流等4种机制渗透。为此,各国学者先后研发了恒体积渗透装置、K0渗透装置、等向应力渗透装置和三轴渗透装置等注气试验装置,采用控制注气流量速率法或控制注气压力法开展了大量注气试验,发现缓冲/回填材料的气体渗透率和特征压力等渗透特性均与其物理性质和边界条件等诸多因素有关。考虑到处置库实际运营工况的复杂性,多场（热–水–化–力）多相（固–液–气）耦合条件下的缓冲/回填材料的气体渗透特性研究将是今后的一个重要工作方向。

高放废物深地质处置缓冲/回填材料研究进展

综述了高放废物深地质处置库缓冲 /回填材料的作用和性能要求。介绍了缓冲 /回填材料在透水性、热性质、膨胀性等方面已取得的成果和新进展。最后简述了缓冲 /回填材料研究的发展趋势。

缓冲/回填材料——膨润土颗粒及其混合物研究进展

膨润土颗粒是一种用于填充高放废物地质处置库中各种施工接缝和空隙的缓冲/回填材料。从膨润土颗粒的制备方法、填充技术与堆积性质、热传导特性、水力特性、结构演化规律及力学特性等6个方面,全面回顾和总结了近年来对膨润土颗粒的研究成果与最新进展,并分别指出了各方面值得进一步深入研究的几个课题。研究表明,膨润土颗粒可由多种方法制备,也可采用多种技术填充到处置库中,其堆积干密度和均匀性与充填技术、级配、堆积方式等因素有关,其热传导系数与干密度、含水率和温度等因素有关,其水力–力学特性与级配、干密度及温度等因素有关。通水水化或降低吸力过程中,颗粒混合物由初始松散结构逐渐转变为胶结融合结构,及至水化饱和后基本达到宏观上的均一化结构,但微观层次的均一化过程仍将持续漫长的时间。考虑到处置库实际运营工况的复杂性,科学高效的颗粒混合物填充技术、多场(热–水–化–力)耦合条件下的颗粒混合物水力–力学特性及结构演化规律是今后值得深入探索的研究方向。

多边界条件下缓冲/回填材料的膨胀特性

高放废物处置库中缓冲/回填材料的膨胀特性是评价其屏障性能的关键因素。受试验仪器等条件的限制,以往的膨胀试验基本都是在恒体积和恒应力这两种极端边界条件下开展的,无法有效反映处置库中的复杂应力–应变环境。研发了一套新型的多边界条件膨胀仪,集成了恒体积、恒应力和柔性等刚度3种边界条件。利用该膨胀仪对中国高庙子(GMZ)缓冲/回填材料开展了一系列膨胀试验,分析了边界条件对试样膨胀特性的影响。结果表明:研发的多边界条件膨胀仪具有操作简单、性能稳定等特点,能有效地模拟各种边界条件;边界条件对试样膨胀指标具有重要影响,对应的最终膨胀力关系为:恒体积>柔性等刚度>恒应力边界条件,最终膨胀率关系为:恒应力>柔性等刚度>恒体积边界条件;膨胀平衡极限(SEL)曲线可作为评价土体在复杂边界条件下水化时的最终体变和膨胀力的参考。研究结果对进一步认识土体的膨胀特性和指导高放废物处置库中缓冲/回填材料的设计具有一定参考意义。

高放废物处置库中缓冲/回填材料膨胀特性研究进展

根据近年来国内外学者的研究成果,重点从缓冲/回填材料膨胀性试验方法、影响膨胀性的主要因素和膨胀机理等方面总结了该课题的研究现状及进展,得到如下认识：（1）在试验方法方面,根据加载条件可将膨胀率试验分为有荷和无荷两种形式,而膨胀力试验方法主要有三种,不同试验方法获得的膨胀力存在差别;（2）三向膨胀试验为研究缓冲/回填材料膨胀性各向异性提供了可行的途径,柔性边界试验可模拟更真实的膨胀环境;（3）影响缓冲/回填材料膨胀特性的主要因素包括矿物成分、孔隙溶液性质、干密度、初始含水率和添加剂性质等;（4）针对膨润土/添加剂混合物的膨胀性,学界基于膨润土含量、密度、孔隙比等参数提出了多种预测模型;（5）缓冲/回填材料的干密度和试样尺寸会影响其收缩特性。针对目前该课题的研究现状和不足,提出了今后的研究重点和方向,主要包括复杂耦合条件下的膨胀特性、三向膨胀试验与多边界条件试验、具体应用研究、收缩特性研究、添加剂与膨润土相互作用机制、大尺度长期室内模型试验和原位试验等。

化学溶液与温度耦合作用对缓冲/回填材料性质的影响

针对核废料处置库长期运行过程中膨润土及其砂混合物等缓冲/回填材料的性质发生变化的问题,在已有文献的基础上,综述并阐述了化学溶液与温度耦合作用对缓冲/回填材料性质的影响,重点讨论了温度、溶液物质的量浓度、离子种类和p H值等因素对矿物成分变化、渗透系数变化、膨胀压力变化、吸附核素作用4个方面的影响。笔者指出,该研究对于评价核废料处置库缓冲/回填材料的长期稳定性具有重要的理论意义和应用价值,开展微观矿物成分的演变、微观结构的变化、离子交换作用等的定性定量研究以及机理研究将是今后的研究重点和难点。

膨润土–砂混合型缓冲/回填材料渗气规律试验研究

为研究高庙子膨润土–砂混合型缓冲/回填材料的渗气规律,利用改进的三轴渗气试验装置,对不同掺砂率、干密度和含水率的混合物试样进行一系列试验研究。结果表明:在试验研究的条件范围内,膨润土–砂混合物(含纯膨润土)的渗气系数为3.9×10-4~2.1×10-2 cm/s;膨润土–砂混合物的渗气规律遵循Darcy定律,但较高的气压力梯度对渗气系数值存在一定的影响;掺砂率、干密度和含水率均对混合物的渗气性质有影响,混合物的渗气系数随掺砂率增加呈指数形式增加,随干密度和含水率增加呈指数形式降低;在试验研究范围内建立了考虑不同条件下的混合物渗气系数的公式,与试验结果吻合较好。得到的一系列试验数据能为我国高放废物地质处置库的建设提供科学依据。

高庙子膨润土作为缓冲／回填材料的研究进展

随着核科学的发展,核工业所产生的高放射性废物的处置问题得到人们的重视。深地质处置现在被普遍接受为最安全有效的方法。通过研究,内蒙古兴和县高庙子膨润土矿床被确定为我国高放废物处置库缓冲/回填材料的首选矿床。本文主要对高庙子膨润土作为缓冲/回填材料的研究进展作了简要的综述,并指出了今后研究工作的方向。

高放废物地质处置缓冲回填材料研究进展综述

随着核能的发展,不可避免要产生大量高放射性废物。对于高放废物的处置国际上普遍接受的方法是深部地质处置。膨润土及其含砂混合料以其优异的性能被认为是高放废物地质处置库中理想的缓冲/回填材料。该文从仪器设备的研制、本构模型、膨胀特性、模型实验及原位试验、热-力-水耦合过程的理论研究及其数值模拟等方面简要总结了膨润土及其含砂混合料作为缓冲/回填材料的一些国际研究进展。作者期待国家相关部门能加大经费投入和支持力度,推动我国这一领域的研究走向全面和深入,为核能事业的发展保驾护航。

内蒙古高庙子膨润土作为高放废物处置库回填材料的可行性

本文简述高放废物处置工程要求和缓冲 /回填材料在高放废物深地质处置库中的作用及要求 ,介绍了内蒙古兴和县高庙子膨润土的性能 ,认为内蒙古兴和县高庙子膨润土矿床可作为高放废物处置库回填材料的供给基地。

膨润土作为缓冲材料的研究现状及展望

高放废物处置是一个世界性的难题,对我国核能发展具有重大的意义。膨润土因为其优异的性能被作为理想的缓冲/回填材料。该文从缓冲/回填材料的各项性质方面总结了前人的研究成果,并对未来的研究方向做了展望,提出了今后研究的重点。

膨润土砌体墙受压性能及其本构模型的构建

我国高放地质处置库“三步走”战略稳步推进,研究缓冲/回填材料砌体结构力学性能及其破坏特性,可为缓冲/回填材料砌体结构的设计,以及砌块的地面堆砌储存提供基础数据。本文采用合适的压制路径将高庙子钠基膨润土粉末压制成砌块,并采用干砌方法堆砌成砌体墙,设计并进行了砌块单元间界面性能试验和轴心抗压试验,得到了砌块单元间界面剪切强度与剪切位移关系,分析了砌体墙应力-应变曲线和破坏形态。试验结果表明,砌体墙变形破坏经历特性变形、局部裂纹扩展、竖向裂纹贯通、失稳破坏和残余变形几个阶段。砌体墙的第一条裂隙出现在单个砌块单元内部,反映了砌块单元的压制质量是控制砌体墙工程性能的重要影响因素之一。基于试验数据,通过对比分析施楚贤、朱伯龙、TURNSEK和HODGKINSON及仲继清的本构关系发现,在峰前上升曲线段采用试验数据对仲继清模型参数进行修正,获得的理论应力-应变曲线与试验曲线较为吻合。

北山花岗岩岩屑-膨润土混合材料导热性能研究

高放废物地质处置库缓冲/回填材料的重要作用之一是传导和散失高放废物衰变热,在膨润土中添加石英砂、石墨、花岗岩岩屑等导热性能较好的添加剂是提高缓冲/回填材料导热性能的主要方法。选用北山花岗岩岩屑为添加剂,与高庙子钠基膨润土GMZ01组成混合材料,制备不同含水率、不同密度的试样。使用Hot Disk TPS2500s热常数分析仪测定样品的导热系数,分析其与花岗岩岩屑含量、干密度、饱和度等参数的关系,并运用多种混合物热传导模型分析预测导热系数。研究结果表明,花岗岩岩屑能够有效提高缓冲/回填材料的导热性能,混合材料的导热系数分别与其饱和度、气体体积存在线性关系;Maxwell方程能够较好预测北山花岗岩岩屑-膨润土混合材料的导热系数。

高庙子膨润土及其混合材料导热性能研究

导热性能是高放废物地质处置库缓冲/回填材料的重要性能之一。采用瞬变平面热源法,研究了我国高放废物地质处置首选缓冲/回填材料高庙子膨润土,及以其为主料,添加不同含量石英砂、北山花岗岩碎屑组成的混合材料的导热性能。分析了添加剂种类和含量、干密度、饱和度等因素对导热系数的影响。研究结果表明:高庙子膨润土及其混合材料的导热系数、热扩散系数都随干密度和含水量的增大而增大;石英砂、北山花岗岩碎屑能够不同程度提高膨润土的导热系数,石英砂的作用优于北山花岗岩碎屑;饱和度对添加剂发挥其提高缓冲/回填材料导热性能的作用影响明显,饱和度越高,添加剂的作用越显著。