渗流条件下含裂缝压实膨润土应力及渗透性能试验研究

压实膨润土是放射性废物处置库的理想缓冲/回填材料,但它在失水收缩过程中易产生裂缝,该裂缝在浸水条件下能否愈合是放射性废物处置安全评价中的重要课题。其研究对含纵向单裂缝的压实膨润土样品开展渗透试验,以渗透系数、隙面法向应力及含水率为指标,研究含裂缝压实膨润土吸水膨胀后应力及渗透性能的变化,从而评价裂缝对膨润土屏障层性能的影响。研究结果表明,样品渗透系数随时间逐渐递减,隙面法向应力随时间逐渐递增,且在85 d时两参数达到稳定水平,分别为4.6410~(-10)m/s和2.5 MPa,与完整压实膨润土样品的渗透系数及内部应力处于相同水平,可以认为,此时土体实现了饱和及均一化。该研究从渗透性和应力角度证实了裂缝对压实膨润土渗透系数及应力参数未产生显著影响,膨润土具有较好的自愈合能力。研究建立了膨润土裂缝自愈合效果评价方法,为膨润土作为回填材料的安全性评价提供理论依据。     

压实黏土干燥裂隙及渗透性能研究

压实黏土干燥过程中产生的裂隙可能对渗透性能有较大影响。通过室内模拟试验研究发现,裂隙面积率、裂隙总长度和裂隙宽度随含水率减小而增大。压实黏土中裂隙可分为主裂隙和次裂隙2类,次裂隙出现前后裂隙参数的变化速率有较大差异。较宽裂隙在湿化后不能完全愈合,干湿循环过程使压实黏土产生了不可逆的变化。采用试验筒壁上涂阿尔代胶的方法可以有效模拟土样中裂隙的形成,并能较好地防止侧漏。渗透试验发现,一次干湿循环导致压实黏土的渗透系数增大将近2个数量级。湿化过程中干燥裂隙不能完全愈合及微裂隙的形成可能是导致渗透系数增大的主要原因。     

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。     

高压实膨润土脱湿——吸湿过程研究

膨润土具吸水膨胀、失水收缩的特征,本研究进行了高压实膨润土脱湿过程与吸湿过程研究,发现高压实膨润土之脱湿过程与吸湿过程并不重合,吸湿过程之变化明显比脱湿过程显著,但均体现随含水率减小,孔隙比减小的特点,此结果对非饱和膨润土性能研究有一定参考价值。     

高压实膨润土脱湿─吸湿过程研究

膨润土具吸水膨胀、失水收缩的特性,本研究进行了高压实膨润土脱湿过程与吸湿过程研究,发现高压实膨润土之脱湿过程与吸湿过程并不重合,吸湿过程之变化明显比脱湿过程显著,但均体现随含水率减小,孔隙比减小的特点,此结果对非饱和膨润土性能研究有一定参考价值。     

压实黄土水分入渗规律及渗透性试验研究

为了研究压实黄土中的水分垂直入渗规律和非饱和渗透系数函数,在实验室内利用一维土柱垂直入渗模型试验装置,对两组压实黄土土柱试样分别进行了常水头入渗和降雨入渗试验。得到主要结论如下:（1）常水头入渗试验中,累积入渗量和湿润锋前进距离都随入渗时间呈幂函数形式增长,累积入渗量和湿润锋前进距离之间存在线性关系。入渗率在入渗初期最大,之后随入渗时间而快速降低,并在土柱试样底部出水以后达到稳定,且与湿润锋前进距离呈反比关系。（2）降雨入渗试验中,得到两组试样入渗过程中土-水特征曲线数据,分别用van Genuchten模型和Fredlund-Xing模型对两组试样进行了特征曲线拟合。并利用瞬时剖面法处理了入渗过程中水分和水势传感器的监测数据,得到两组试样的非饱和渗透系数,并拟合得到非饱和渗透系数与体积含水率之间的指数函数关系式。同时,采用van Genuchten和Fredlund等渗透系数模型分别对两组试样的非饱和渗透系数进行预测,通过对比模型预测结果和瞬时剖面法实测值,发现van Genuchten渗透系数模型预测结果更接近实测值。     

酒精湿化法调配压实膨润土缓冲回填材料含水率研究

压实膨润土砌块在我国高放射性废物处置中发挥着缓冲回填工程屏障的作用。然而,膨润土材料塑性极强,水分极易拌和不均,易导致压实砌块干缩开裂,显著降低了砌块质量。提出一种采用酒精代替纯水来湿化膨润土的新方法,以提高压实膨润土质量。对比喷水法,酒精湿化法中酒精浓度设计在5%～35%间。通过分析膨润土与酒精混合物的混合效率、黏附质量损失率、混合物中团聚体的含量、压实样干缩前后强度、干缩裂纹规律、干燥效率、膨胀性等指标综合评价酒精湿化压实膨润土样的适用性。试验结果表明：在相同含液率情况下,随酒精浓度增大,所得膨润土样的混合效率明显提高,黏附质量损失率及团聚体含量明显降低;压实样内团聚体与干缩裂纹及试样质量间具有较好对应关系。此外,酒精湿化法所得压实样在压实方向密度分布更均匀,干缩裂纹数量及宽度明显变小,风干试样剪切强度及膨胀性均与加纯水试样较为接近,压实样均匀性与完整性明显提高。新方法及相关成果可供我国高放废物缓冲回填砌块制备参考。     

压实粘土里衬的渗透性

本文综述了近年来压实粘土里衬的渗透试验资料，分析了室内与野外压实土渗透系数不协调的原因，认为水力缺陷是影响野处粘土野衬渗透性的主要因素，指出了固体废物处理场压实粘土里衬获得低渗透性的主要施工对策。     

江西广丰李家膨润土压实性能研究--高放废物处置缓冲/回填材料压实性能初探

研究了广丰李家钠基膨润土的压实性能,得出了不同压实功作用下,膨润土干密度与含水率之间的关系．以及粒径、压实功等因素对压实性能的影响;在相同压实功和相同含水率条件下,膨润土粒径较小时相对应的干密度较小．当压实功为2684．9kJ／m^3时,钠基膨润土的最大干密度可达1．525g／cm^3,最优含水率为26．30％。首次选用石英砂作为添加荆,探索了添加荆对膨润土压实性能的改善作用,实验结果说明石英砂添加荆的加入可以大大提高膨润土的干密度。减小对应的最优含水率,并得出约10％的石英砂是添加剂的最佳用量。该研究结果为钠基膨润土作为高放废物处置库缓冲／回填材料的性能评价提供了重要的依据。     

不同介质材料组合可渗透反应墙渗透性能试验研究

渗透系数是可渗透反应墙(PRB)正常运行的关键参数之一,与PRB活性填充材料的选择密切相关。本试验采用常水头渗透系数测试法,首先选用斜发沸石、红辉沸石为作为PRB的活性介质材料,考察了沸石矿物的类型和粒径对PRB渗透系数的影响,试验结果显示,同一粒径的斜发沸石PRB和红辉沸石PRB渗透系数相差一个数量级;处于同一数量级渗透系数沸石PRB,斜发沸石的粒径大于红辉沸石的粒径。在此基础上,以膨润土作为掺和活性介质材料,讨论了渗透系数处于同一数量级沸石PRB,掺和比例对渗透系数的影响,结果表明,膨润土的掺和能导致沸石PRB渗透系数量级上的差异,与斜发沸石相比,红辉沸石更有利于实现沸石PRB系统渗透系数的可调性。     

Permeability Tensors of Anisotropic Fracture Networks

Analytical models are presented to provide enhanced capabilities for modeling fluid flow through natural fractures nested in parallel plate type configurations. The modeled fractures may be arbitrarily positioned, but subgrouped according to the consistent parallel sequences. The derived analytical expressions for fracture permeability can be considered as an extension to those in which flow within fractures is uniform and isotropic. This modification offers a correction for the traditional permeability calculations whenever fractures are oblique to the flow orientation. For the fracture flow scenarios, the graphical solutions show the permeability envelope normal to any arbitrary planes within the calculated domain. Consideration of rock anisotropy may significantly improve the accuracy in determining the formation permeability in cases where natural fractures exhibit a dominant control in regional fluid flow.     

单裂隙粗砂岩渗流规律试验研究

以石嘴山矿西翼采区为研究背景,通过三轴应力作用下岩石单裂隙渗流试验、裂隙开度与有效压力关系试验和大尺度岩石表面粗糙度量测试验,结合渗流力学基本理论,揭示了三维应力下单裂隙粗砂岩渗流规律,建立了有效压力、裂隙开度与渗透系数的关系式,以期丰富裂隙岩体渗流的理论研究。     

基于压水试验下的某水电站坝址区基岩裂隙网络系统透水特性的研究

依据单孔压水试验,分析了木里河流域某水电站坝址区基岩裂隙网络系统渗透特性,得到了坝址区不同岩性岩体中不同成因类型的裂隙渗透特性随埋深的变化规律,并为以后构建基岩裂隙介质等效连续介质数值模型时的参数选取提供依据。     

油气盆地低渗透储层裂缝预测研究现状及进展

我国拥有相当数量裂缝型低渗储层的地质储量,在我国油气生产中起举足轻重的作用。系统开展低渗储层中裂缝特征和分布规律研究预测,无疑对我国的低渗透储层油气勘探开发具有指导作用。目前,国内外在油气盆地低渗透储层中对裂缝预测及评价已经形成了很多富有特色的方法,但是由于裂缝成因的复杂性、发育的多阶段性,对低渗储层裂缝的预测及评价研究还处于探索阶段。本文较为系统地综述了油气盆地低渗透储层裂缝预测研究现状与进展、不同成因的裂缝预测方法、裂缝研究存在问题和解决方法。     

不饱和膨润土中气体渗透研究

作者对不饱和膨润土中气体渗透情况进行了研究，对实验所使用的膨润土和砂进行了密度、容重、粒重、孔隙度及含水率等特性的表征。实验所建立的气体渗透研究装置可用于测定气体渗透系数，并将其作为材料气体渗透性能的表征，实验结果表明：膨润土的孔隙度和含水率对其渗透系数有十分显著的影响。     

基岩裂隙渗透性的野外研究

本文着重探讨了基岩裂隙的野外测量及渗透张量的计算方法，并给出了作者在湖南辰溪煤矿的实测计算结果及在指导采煤中的应用。     

利用测井方法估算渗透系数

利用煤田测井中的声波时差测井、密度测井及中子测井,可以有效的求出岩层的孔隙度,根据水力学中确定渗透率与孔隙度关系的卡门公式,以经验估算渗透率,进而计算渗透系数。以内蒙古胜利煤田东二露天矿含水层的渗透系数计算为例,测井参数估算含水层的渗透系数与传统的专门水文孔法确定的渗透系数比较接近,仅个别误差较大（44%）。实例表明,测井方法计算的渗透系数相对偏大,另外埋深浅的地层渗透系数误差相对较大。可见利用测井参数基本能够估算出渗透系数,反映其含水层的渗透性能。     

渗透系数的变异性对压实黏土衬垫性能的影响

压实黏土衬垫是填埋场等环境岩土工程中常用的屏障材料,其厚度和渗透系数是主要的设计参数。考虑渗透系数的变异性,用衬垫底部污染物相对浓度和通量等指标分析了设计参数对衬垫有效性的影响。研究表明,渗透系数的变异性对衬垫性能有很大的影响：当衬垫厚度较小或渗透系数均值较大时,衬垫底部出现高浓度（接近于1）的概率很大,这个浓度区间可能比相对浓度的均值高很多,对周围环境污染有较大的威胁。从非反应性溶质的运移来看,我国规范中对衬垫厚度和渗透系数的规定是合理的。相对于污染物的通量,厚度和渗透系数对衬垫底部相对浓度的影响更为显著,相对浓度更适合作为评价衬垫性能的指标。     

结构性软土渗透特性研究

本文对原状软土和重塑软土进行渗透特性试验,考察了饱和软土的渗透特性。原状样加载初期,渗透系数变化较小,当固结应力大于结构屈服应力时,渗透系数急剧下降,而结构屈服应力前后阶段的孔隙比与渗透系数对数坐标的直线关系没有发生变化,说明胶结对渗透性的影响较小。重塑土的渗透系数在加载过程中变化相对较小。试验结果表明,相同孔隙比时原状土渗透系数要明显大于重塑土。这是由于两者的组构不一样,即原状样的大颗粒和凝聚体间的大孔隙以及历史上形成的土颗粒的排列使其渗流通道要比重塑土通畅。用相同重塑方式制样得到的不同含水量土样,其渗透系数值相近;而用不同重塑方式制样得到的相近含水量土样,其渗透系数相差相对较大。确定饱和软粘土渗透性时要考虑孔隙比和组构的影响。