密实砂-膨润土混合物膨胀特性的试验研究

密实砂－膨润土混合物作为高放废料地质处置的缓冲材料,人们来越来关心它的性质。通过大量的试验,研究了密实砂－膨润土的膨胀特性,阐明了其膨胀过程和方式,得出了一步有意义的结论。     

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。     

水-力耦合条件下膨润土-砂混合物的体变特性研究

在高放核废物处置库中,膨润土-砂混合物是一种可选的缓冲回填材料,掌握其在水-力耦合条件下的体变特征对正确评价处置库的长期安全性有重要意义。按照不同的石英砂掺量(0%~50%)配制了6组膨润土/砂混合物,依次进行了单轴侧限压缩、有荷膨胀(轴向应力为0.2 MPa)和饱和再压缩试验,获得了混合物在不同水-力路径下的变形特征,并着重分析了砂掺量的影响。结果表明:(1)膨润土-砂混合物的压缩性与掺砂量、饱和状态和密实度有关。在非饱和及密实度较低(ρ_d1.7 g/cm~3)的条件下,混合物的压缩指数随砂掺量的增加近似线性减小;当混合物压缩到较高的密实度(ρ_d1.7 g/cm~3)并且饱和后,压缩指数受掺砂量的影响不明显,但其值远小于非饱和及低密实度状态。(2)混合物的最终膨胀率随着掺砂量的增加呈指数减小,随膨润土有效干密度的增加而呈指数增加。掺砂量达到40%时,膨胀过程伴随有体积回落现象,且体积回落率随砂掺量的增加而加剧。(3)混合物在不同水-力路径中及不同砂掺量条件下呈现的体变差异性与膨润土和砂在试样中的分布状态及二者对土体骨架的主导作用有关,总体上,掺砂量越高或试样密实度越大,砂对体变的主导作用越强。(4)混合物的膨胀力随掺砂量的增加而减小,通过引入膨润土有效干密度参数,建立了混合物膨胀力与该参数间的指数定量关系,可对膨胀力进行预测,并从蒙脱石的体积变化率与质量分布率的角度进一步分析了混合物膨胀力的作用机制。     

膨润土-砂混合型缓冲/回填材料土-水特征曲线研究

高放废物（HLW）深地质处置中,在膨润土中添加一定比例的石英砂能优化缓冲/回填材料的性能。利用水汽平衡法,对高庙子压实膨润土-砂混合物在不同温度、掺砂率和干密度条件下的土-水特征曲线（SWCCs）进行试验研究,分析温度、掺砂率与干密度对混合物土-水特征曲线的影响。试验结果表明,随着温度升高,混合物的持水能力明显下降;在试验控制吸力范围内,低吸力段掺砂率对土-水特征曲线影响明显,高吸力段掺砂率对混合物土-水特征曲线的影响逐渐降低;干密度对混合物的土-水特征曲线基本没有影响。根据试验数据建立了不同温度和掺砂率条件下膨润土-砂缓冲/回填材料土-水特征曲线的经验公式,可用来预测不同温度和掺砂率条件下的膨润土-砂混合型缓冲/回填材料土-水特征曲线     

Eu(Ⅲ)溶液对膨润土-砂混合物渗透性能影响研究

在高放废物处置库长期运营过程中包封容器将发生破坏,核素会向外界迁移,缓冲回填材料的水力传导系数是评价处置库工程屏障性能的重要指标。采用柔性壁渗透仪,研究2.0×10-5 mol/L的Eu(III)溶液作为渗入液时膨润土-砂混合物的渗透特性。结果表明,膨润土-砂混合物的水力传导系数K=(2.07⁵.23)×10-10 cm/s;在05.23)×10-10 cm/s;在0⁵0%掺砂率范围内,膨润土-砂混合物吸水膨胀过程中渗透性能随掺砂率增大时没有明显的变化,能够满足高放废物处置库缓冲回填材料低渗透性的要求。使用有效黏土密度的概念,得到膨润土-砂混合物的体积膨胀率随初始有效黏土密度的增大呈指数增大的趋势;混合物水力传导系数的对数值与有效黏土密度存在良好的线性衰减关系;与蒸馏水相比,渗入液(ECDD)为2.0×10-5 mol/L的Eu(III)溶液时,膨润土-砂混合物的水力传导系数较小,可能是由于渗入液黏滞性的影响。     

膨润土加砂混合物膨胀特征试验研究

运用自行研制的膨胀仪对膨润土加砂混合物进行了一系列膨胀力及膨胀应变等膨胀特性的试验研究,分析了膨胀力随时间的变化规律、两向膨胀力之间的关系和膨胀应变与时间及吸水量之间的关系。试验研究表明,膨润土加砂混合物的最大膨胀力以及最大膨胀应变主要取决于混合物的最初干密度和膨润土含量,并且随着二者的增大而增大;膨润土加砂混合物的水平膨胀力与竖向膨胀力之比随着混合物干密度的增大减小,并且与干密度近似成线性关系;不同膨润土含量的膨润土加砂混合物的膨胀应变与时间成双曲线关系,与吸水量近似呈S型曲线关系,并且其最大膨胀应变与膨润土含量存在指数关系。试验结果对高放废物深处置库中的缓冲回填材料设计具有一定的参考价值。     

高效废物处置库的混合型缓冲回填材料压缩特性研究

高放废物处置库中缓冲回填材料需要预先压缩到一定密实度,其压缩特性对处置库的安全设计、施工及运营有重要影响。目前,国内初步考虑将膨润土-砂混合物作为缓冲回填材料的首选。采用WG型单杠杆固结仪,对不同干密度、掺砂率的膨润土-砂混合物进行侧限压缩试验研究。试验结果表明：随着干密度的增大,压缩系数呈二次曲线减小;随着掺砂率的增大,压缩系数呈非线性增大。通过引入有效黏土密度和有效含水率的概念,对不同干密度、掺砂率的膨润土-砂混合物的压缩系数进行解释,并根据试验数据得到了回归的数学模型,试图为缓冲回填材料的配比优化研究提供相关依据。     

温控高压实GMZ01膨润土-砂混合物土水特性

纯膨润土中掺入一定比例的石英砂,可以有效地提高工程屏障的热传导特性、力学强度和长期稳定性,并可降低屏障系统的工程造价; 但同时也会改变混合物的土水特征。本文采用水汽平衡法和渗析法吸力控制技术,开展了不同温度(20℃、40℃和60℃)、恒体积条件下,高压实GMZ01膨润土-石英砂混合物(7:3)试样的持水特性试验。结果表明,体积与吸力恒定时,高压实高庙子膨润土-砂混合物的含水量随温度升高而减少,但温度影响幅度取决于吸力水平; 低吸力范围内,混合物的饱和度大于1,其原因可能是由于混合物中结合水密度大所引起的; 基于Frendlund常温方程的万敏模型,能够拟合考虑温度影响的GMZ01膨润土-砂混合物土水特征曲线。     

膨润土加砂混合物膨胀特性研究

通过有荷膨胀试验,对膨润土加砂混合物的膨胀特性进行了研究,分析了膨胀应变与轴向应力、膨胀应变与吸水量以及轴向应力与吸水量之间的关系,并建立了能综合反映轴向应力和吸水量对膨胀应变影响的混合物膨胀本构关系式。试验研究表明,膨胀应变随着轴向应力的增大而减小,两者之间的关系可以采用对数线性关系来表达;吸水量的变化对膨胀应变有明显的影响,膨胀应变随吸水量的增加而线性的增大;而吸水量受到轴向应力的影响,随着轴向应力的增大,吸水量减少,在轴向应力一定时,吸水量会达到一个最终的饱和值。由于考虑了膨胀变形过程中吸水量的变化,所建立的膨胀本构关系式能较好地反映膨润土加砂混合物的膨胀特性。     

混合型缓冲回填材料膨胀变形试验研究

选用高庙子钠基膨润土(GMZ001)为缓冲回填材料的主料,添加不同比例的石英砂,对掺砂率分别为0%、10%、20%、30%、40%和50%的膨润土-砂混合物压实试样进行室内膨胀变形试验。结果表明：膨胀率随时间呈指数增长;掺砂率一定时,最大膨胀率随初始干密度的增大而线性增长;初始干密度一定时,最大膨胀率与掺砂率呈二次函数关系。引入有效黏土密度的概念对最大膨胀率进行计算,建立了任意掺砂率和初始干密度条件下膨润土-砂混合物最大膨胀率归一化模型,为混合型缓冲回填材料在高放废物地质处置中膨胀行为的预测与控制提供了依据。     

变形对非饱和土渗透系数影响规律模拟研究

渗透系数是非饱和土渗流分析中最重要的参数。本文以概率、统计理论为基础,结合流体力学的基本方程,建立了一个能够考虑孔隙结构影响的饱和土渗透系数计算模型,而后结合Mualeum(1976)的相对渗透系数模型以及Assouline(2006)提出并验证的孔隙结构参数随变形的变化规律,模拟了变形对非饱和土渗透系数的影响,通过和试验数据以及已有的模型对比。     

含水层渗透系数K的空间变异性研究

本文结合桥梁实例对公路双曲拱桥出现的一些主要病害进行了初步分析，并进而对桥梁状况提出评定意见和处理建议，仅供参考。     

地下热水回灌过程中渗透系数研究

地下热水回灌是处理地热开发利用中所引发的热储层压力降低和弃水污染环境等问题的有效方法。第三系热储层的回灌过程中，由于物理阻塞和化学阻塞，导致热储层的渗透性下降。回扬可在短时间内消除或缓解堵塞问题，提高回灌效率。将利用回灌试验数据求得的渗透系数进行回归，得到渗透系数衰减方程。用数值方法模拟渗透系数对回灌的影响，对比渗透系数为常数与渗透系数变化两种情况，结果表明渗透系数衰减是第三系回灌能力下降的主要原因，渗透系数是影响回灌的重要因素。     

导电性对地面核磁共振信号的影响研究

与其它勘探方法相比,核磁共振(NuclearMagneticResonance,缩写NMR)的方法是直接勘探地下水中NMR信号的唯一有效方法,该信号的初始振幅决定了含水层深度及自由水的含量。但在实际工作中,大地导电性对含水地层中的NMR信号有直接影响,使得同样脉冲矩条件下,勘探深度有变化。为了评价大地(岩石)导电性对勘探深度的影响,建立了一个地面找水模型,对NMR信号进行数值模拟。仿真结果表明,NMR信号的振幅可以评价含水地层的结构,但大地导电性的增强将导致勘探深度的降低。     

多孔介质渗透系数的空间尺度效应研究进展

多孔介质渗透系数的空间尺度问题是一个与地下流体运动和溶质运移的数值模拟密切相关的应用性课题,广泛的应用需求和新的计算方法使其成为近年的热门课题之一。它涉及到相互联系的两个方面：①非均质介质场渗透系数空间尺度行为的分析与模拟;②将局部测量尺度下的试验参数转化为数值模拟网格尺度下的参数输入值的升尺度（ｕｐｓｃａｌｉｎｇ）方法和计算模型。首先介绍了该课题在概念上的拓展及其物理含义,进而以方法为主线,对这一领域具有代表性的研究成果进行了分类和评述,讨论了该课题的研究对地下水流和溶质运移的模拟分析乃至整个多孔介质流体运动研究的意义。     

影响黄土湿陷性因素的微观试验研究

借助扫描电子显微镜和光学数码显微镜, 分析了不同含水率黄土试样表面微区结构变化与黄土湿陷性的关系和不同埋深土样在水与外力共同作用下湿陷前后微观结构的变化特征。利用图像处理软件对所获取的微结构图像进行研究, 分析了黄土湿陷前后土样中大、中、小孔隙和微孔隙数量的变化。结果表明:湿陷后比湿陷前土样微孔隙增多31.18%, 小孔隙增多54.07%, 中孔隙减少30.49%, 大孔隙减少90.14%。这说明随着压力的不断增大, 黄土中的孔隙被逐渐压缩, 大孔隙和中孔隙的数量逐渐减少, 小孔隙和微孔隙的数量逐渐增加, 为黄土的湿陷变形提供了充分的空间。讨论了土样中4类孔隙对黄土湿陷的贡献量, 从微观角度综合分析了黄土湿陷的成因机理。     

优势面的水力学效应对新寨滑坡稳定性的影响分析

本文阐述了优势面的水力学效应的概念,并用SARMA法重点分析了它对新寨滑坡稳定系数的影响,分析得出了此滑坡发生的条件：hwhwo,与实际资料达到很好的吻合,具有重要的工程参考意义。     

冻土可钻性理论分析及影响因素探讨

采用冲击载荷下的弹性波理论对冻土可钻性进行了理论分析 ,并分析了影响冻土可钻性的主要因素 ,即温度、波速、冲击韧性和凿碎比功 ,进行了冻结粘土在 7个不同温度下的可钻性试验 ,结果表明利用凿碎比功来确定冻土的可钻性 ,数据稳定 ,和钻眼相关性好 ,能较好的反映冻土可钻性。试验得出的结论对现场施工具有一定的参考价值     

影响浸铀细菌活性的因素初探

微生物浸铀技术可以大幅度提高难浸铀矿石的浸出率 ,其关键技术是培养高活性的菌种。为了培养能适应多种恶劣条件的高活性菌种 ,必须对影响浸铀微生物活性的各种因素进行研究。通过实验室对浸铀细菌硫杆菌属中的氧化亚铁硫杆菌的活性因素的研究 ,并结合实际对从江西山南矿区的野外矿样中分离筛选出的菌株的活性的影响因素作了初步探讨 ,认为pH值为 1 8、温度为 30℃、接种量为 2 0 %及 90r/min的充气条件是该硫杆菌最佳的培养条件。通过对磷、铀两种元素在不同浓度下对细菌活性影响的试验 ,得出高浓度的磷、铀对细菌有明显的抑制作用 ,但通过驯化可以降低及弱化这种抑制作用。     

灰岩渗透性参数的模糊综合评判方法

针对钻孔较少的灰岩分布区渗透系数的难确定性,结合实例,在分析影响灰岩渗透性因素的基础上,提出了构建评判灰岩渗透性参数的因子集和评判集;然后用模糊综合评判方法确定灰岩渗透系数。