圆饼状高压实膨润土膨胀力各向异性特征研究

针对作为我国缓冲/回填材料的高压实高庙子膨润土,采用自主研制的膨胀力-渗透性一体化测试仪器开展膨胀力试验,分别测定圆饼状试样的轴向膨胀力和径向膨胀力发展规律,研究试样初始干密度、初始吸力和尺寸效应对其膨胀力各向异性特征的影响。试验结果显示,轴向膨胀力和径向膨胀力均随着试样初始干密度的增加呈指数增大,膨胀力各向异性特征愈加显著。轴向膨胀力和径向膨胀力均随着试样初始吸力的增加而呈减小趋势;相同初始吸力条件下,径向膨胀力均大于轴向膨胀力,但是膨胀力各向异性系数随着初始吸力增大而不断减小。试样尺寸对膨胀力有显著影响,增加试样高度,轴向膨胀力不断增加,径向膨胀力增加到某一数值后不再随高度增加,膨胀力各向异性系数随着试样高度的增加逐渐减小。最后,基于膨润土膨胀机理、压实效应和尺寸效应,分析了膨胀力各向异性特征的形成机理。

非饱和高压实膨润土水化的数值模拟

高压实膨润土是核废料处置的首选缓冲回填材料。使用Code_Bright软件对侧限条件下高压实膨润土的室内注水试验进行了数值模拟。数值模型中的非饱和渗流特性参数即土-水特征曲线参数由室内试验确定。数值模型中使用的膨润土非饱和弹塑性本构模型参数由膨润土的常规非饱和三轴力学模型试验得到。数值模拟结果和实测结果的比较可以反分析出膨润土的固有渗透系数。对数值模型的研究有助于加深对膨润土非饱和渗流特性的认识。数值模型计算得到的吸力分布和实测结果基本吻合。

高压实膨润土膨胀力预测研究

作为高放射性核废物深地质处置库缓冲回填材料,高压实膨润土的膨胀力是其缓冲性能的关键指标.在详细阐述膨润土水化膨胀过程的基础上,系统总结了膨胀力的预测机理、理论模型及试验验证的最新研究成果.国内外学者主要基于扩散双电子层理论,建立了膨润土膨胀力的预测模型;通过室内试验,研究了初始干密度、初始含水率等因素对膨润土最终膨胀力的影响规律.理论模型与试验结果对比分析表明,现有模型对蒙脱石含量较高、初始干密度较大的膨润土拟合性较差.实际上,高压实膨润土的膨胀过程包括晶层膨胀和扩散层膨胀,而现有理论模型仅适用于膨润土扩散双电层膨胀阶段,无法涵盖膨润土晶层膨胀阶段.同时,现有理论模型仅适用于预测膨润土的最终膨胀力,难以反映出处置库长期运营期间环境变化所导致的膨胀力演化过程.

高压实膨润土热湿耦合效应实验室模拟

本文研究了作为高放废物深地质处置库最后一道人工屏障——缓冲层在热湿耦合作用下的宏观表现，通过自行设计的实验，得到了一些有益的启示，初步认为在本研究涉及的时间范围内，水势场对高压实膨润土中温度场分布影响较小，而温度场对其中水分运移有一定影响。文中介绍了有关实验设计、实验步骤、实验结果与分析。

高压实膨润土水分特征曲线的测定

本文介绍了在极高吸力工况下，介质吸力与含水率关系的测定工作，由于传统的测量方法此时的不适用性，本文研究采用保持密闭空间定湿度的饱和盐溶液方法，进行了高压实膨润土吸力－含水率关系的测定，测量结果显示，对于高压实膨润土，给定吸力情况下的最终含水率与试样初始干密度及初始含水率无关，这个结果对于研究非饱和状态下水分迁移有极其重要的意义。

高压实膨润土力学性能研究

膨润土作为高放废物深地质处置场最后一道人工屏障──缓冲层的基材，其在高压实情况下力学性能如何，对处置场的长期安全性极为关键。进行不同含水率的高压实膨润土的单轴与三轴试验，结果表明，高压实膨润土受力时存在不可恢复的塑性变形，具一定力学强度和良好的延展性。

高压实膨润土孔隙结构特征研究进展

在详细阐述高压实膨润土孔隙结构组成及其界限孔径确定方法的基础上,全面总结了处置库近场条件下孔隙结构演化规律及其对水力特性影响的研究成果。结果表明:高压实膨润土具有由晶层间孔隙、层叠体间孔隙、集合体间孔隙组成的三孔结构,而描述本构关系时通常简化为由宏观孔隙和微观孔隙构成的双孔结构。双孔结构中宏、微观孔隙界限孔径的确定方法尚未取得共识。孔隙结构演化规律受深地质处置库近场环境影响,包括温度场、渗流场、应力场、化学场,目前对多场耦合作用的研究还不够深入。孔隙比及孔径分布特征无法准确反映膨润土的孔隙结构,尤其体现在孔隙形态及其空间分布规律,应用于讨论孔隙结构对水力特性的影响时存在局限性。基于此,选取适用于描述高压实膨润土本构关系的界限孔径确定方法、揭示热-水-力-化多场耦合作用下孔隙结构演化规律、构建科学合理的孔隙结构量化指标体系并建立相应的水力特性预测模型,是今后需要深入研究的方向。

高压实膨润土的非饱和渗透膨胀模型

高放废弃物深地质处置库中,作为缓冲/回填材料的高压实膨润土的设计功能是,遇水吸湿导致土体膨胀变形,以密封高压实膨润土块体砌置时形成的块体与块体之间和块体与围岩之间的施工缝隙以及围岩中因处置库开挖卸载引起的裂缝,形成阻障围岩中地下水渗入内库引起核素迁移,与库内高放废物的辐射扩散的人工屏障。高压实膨润土在自由膨胀条件下的膨胀应变和非饱和渗透系数由渗透试验测得;孔隙比和吸力的关系由压汞试验测得。吸力和含水率的函数关系可由土-水特征曲线测试试验得到。因此,自由膨胀条件下膨润土的非饱和渗透膨胀模型由膨胀应变、非饱和渗透系数和孔隙比与吸力的函数关系建立。结果表明:渗透系数和体积应变都随吸力减小而增加,因为吸力减小会导致孔隙比增加。这一发现有助于设计高放废物的最终处置方案。

孔隙溶液对高压实膨润土-砂混合物膨胀性及渗透性的影响试验

以高庙子(GMZ)钠基膨润土和石英砂混合物为原料,采用多功能膨胀-渗透仪进行不同干密度和不同孔隙溶液对试样膨胀性及渗透性的影响试验,结果表明:孔隙溶液饱和后,试样的膨胀力随干密度的增大而增大;干密度相同时,除了NaOH溶液外,其他孔隙溶液对试样的膨胀力均有强化作用,膨胀力先迅速增大至一个峰值,然后增速明显减小,随后再次升高,最终趋于稳定;干密度相同时,试样的渗透系数大小顺序为NaOH溶液> NaCl-Na_(2)SO_(4)溶液>模拟北山地下水>去离子水;孔隙溶液相同时,渗透系数随最大膨胀力和干密度的增大而减小。

温控条件下高压实膨润土渗透性能数值模拟

对温控条件下非饱和高压实膨润土渗透试验,利用Code-Bright软件进行了数值模拟.数值模型中的非饱和渗流特性参数由室内试验确定.数值模型中使用的膨润土非饱和弹塑性本构模型参数由膨润土的常规非饱和三轴力学模型试验得到.本文模型的计算结果和试验结果较为一致,说明数值模拟方法可以用来研究高压实膨润土的渗透特性.对数值模型的研究有助于加深对膨润土非饱和渗流特性的认识,为今后高放核废料地质处置中缓冲/回填材料的研究提供重要的理论依据.

圆饼状高压实膨润土粘结滑移性能及损伤耗能试验研究

国际上普遍用来处置高放废物的方法是深地质埋藏法,其中高压实膨润土作为缓冲回填材料发挥了重要作用。高压实膨润土的粘结滑移性能是高放废物处置场长期安全性的关键因素。文章在圆饼状高压实膨润土外侧布置滑移传感器和电阻应变片,被别对在轴力和反复水平载荷作用下的圆饼状高压实膨润土的粘结滑移性能进行了试验研究。经过一系列试验后可以得到相载荷-滑移滞回等曲线,根据这些试验结果可以看出,在载荷的上升阶段,粘结应力的最大值为时间的中部位置,并且有中部向两端呈递减趋势,沿着圆饼柱高呈现抛物线状分布,在载荷的下降阶段,粘结应力的最大值则会向圆饼高压实膨润土的柱顶偏移,柱根部位的粘结应力则会减小为零,观察整个加载过程,不难发现柱根部位的滑移量最大,并且向柱顶方向逐渐减小。试件粘结应力随着荷载循环次数增加而减小,滑移量增大,进而会出现粘结退化现象,试件本身出现损伤。

化学场对膨润土水-力特性影响研究进展

在阐述处置库近场化学环境的基础上从化学场对膨润土的膨胀力影响、渗透性影响、体变特性影响及模型研究4个方面回顾和总结了国内外的研究进展,通过分析影响因素、作用机理以及研究中存在的问题指出当前研究中的不足,并提出进一步研究的建议.