无侧限高压实高庙子膨润土非饱和渗透特性

采用瞬时截面法试验研究了自由膨胀条件下高压实高庙子膨润土的非饱和渗透特性.结果表明,自由膨胀状态下,干密度为1.70 g.cm-3的高压实高庙子膨润土的非饱和渗透系数在1.0×10-12~1.0×10-15m.s-1之间变化,且主要集中在1.0×10-14m.s-1附近,达到饱和状态时渗透系数最大.与侧限条件相比,自由膨胀条件下的高压实高庙子膨润土的非饱和渗透系数大于侧限条件下的非饱和渗透系数,且渗透系数与吸力的变化趋势存在一定差异,这可能是由于不同侧限条件下其水化膨胀形式不同而造成的.     

温控高压实膨润土-砂混合物微观结构特征

针对两种温度下不同位置处的恒体积渗透土样,利用压汞法研究了膨润土-砂混合物微观结构随温度和吸力的变化规律.结果表明:混合物微观结构呈现明显的双峰结构,水化和温度改变均会对其微观结构产生影响.随着吸力的降低集合体间孔隙量有减小的趋势,而集合体内孔隙量变化有限,使得样品的平均孔径逐渐减小.温度升高使得水化对土样微观结构的影响加剧.     

基于干湿变形效应的压实红黏土土水特征

将初始含水量为4%粉末状红黏土分别压制成干密度为1.3 g/cm~3和1.5 g/cm~3的压实土样;在侧限条件下吸水饱和,测定土样轴向膨胀变形量;然后通过气相法控制逐级增加吸力,测定不同吸力阶段试样的饱和度与孔隙比,获得土水特征曲线和干缩变形规律。研究结果表明:压实红黏土在饱和湿化过程中,膨胀应变随着饱和度的增加而增加,且初始干密度越大,其膨胀应变越大。在控制吸力干燥过程中,压实红黏土的孔隙比随着吸力增大而减小;同一吸力阶段,密度大的试样具有较小的孔隙比和较大的饱和度。基于不同干密度压实红黏土土水特征曲线,建立了考虑变形效应的土水特征曲线改进模型,计算结果与试验值吻合较好。     

盐溶液饱和高庙子膨润土膨胀特性的时效性

考虑到缓冲材料膨润土块体从制作到浸水的时间很长, 需要分析膨润土膨胀特性的时效性. 以高庙子钠基膨润土为试验材料, 在保持试样干密度和含水率不变条件下, 分别静置 0, 7, 15, 30 和 90 d, 利用单向固结仪进行不同总溶解固体 (total dissolved solid, TDS) 浓度溶液饱和的膨胀力和膨胀变形试验, 同时完成部分试样的扫描电镜 (scanning electron microscope, SEM) 试验. 试验结果表明, 在相同初始状态下, 高庙子膨润土膨胀变形和膨胀力随静置时间增长不断减小, 且前期衰减明显, 后期趋于稳定; 相同静置时间下, TDS 浓度增加, 膨胀特性衰减的时效性减弱. SEM 测试结果表明: 随着静置时间增加, 膨润土发生水化分解, 聚集体间的孔隙趋于均质化; 相比于静置时间增长, TDS 浓度增加引起的聚集体间的孔隙变化更大, 这与膨胀力衰减率得出的结论相吻合, 即在低 TDS 浓度和较短静置时间的条件下, TDS 浓度相比于静置时间对膨胀力的衰减影响可能更为明显.     

碱溶液侵蚀下高庙子膨润土膨胀变形的变化规律

为研究高庙子钠基(GMZ01)膨润土在碱性孔隙水长时间侵蚀下膨胀变形的变化规律,将GMZ01膨润土与1mol/L的NaOH溶液混合密封放置一定预定时间进行化学反应后,将其制成压实试样于蒸馏水中进行膨胀变形试验,发现试样的膨胀性能随碱性孔隙水作用时间的增加而减小.通过对不同反应时间的膨润土试样进行矿物成分分析,发现膨润土中蒙脱石含量随反应时间的增加而逐渐减小,而长石等矿物含量逐渐增大,表明在NaOH溶液长期作用下蒙脱石被逐渐溶解生成非膨胀性的长石等矿物,进而导致膨润土膨胀性能逐渐衰减.基于膨胀分形模型对碱性溶液混合试样的膨胀变形试验数据进行整理分析,发现不同反应时间试样的蒙脱石孔隙比与考虑了孔隙水渗透吸力的有效应力之间均符合统一的e_m-p_e分形关系,表明被NaOH溶液溶蚀后试样的膨胀变形衰减主要是受蒙脱石含量减小的影响,而蒙脱石的其他性质变化较小.     

碱溶液对GMZ膨润土膨胀性和渗透性的影响

利用适用于碱性溶液入渗的膨胀渗透仪,对不同初始干密度的高压实高庙子(GMZ)膨润土进行膨胀、渗透试验,试验中用NaOH溶液模拟碱性孔隙水.试验结果表明:在碱溶液入渗作用下,各试样的膨胀力均呈现双峰变化形态;相同初始干密度试样的膨胀力随入渗碱溶液浓度的增大而减小,渗透系数则随着溶液浓度的增大而增大;碱溶液浓度相同时,试样的膨胀力随初始干密度的增大而增大,渗透系数随干密度的增大而减小;碱性孔隙水的长期入渗会减小高压实GMZ膨润土的膨胀性、提高其渗透性,最终降低膨润土的缓冲性能.     

盐溶液对高庙子钠基膨润土膨胀性能的影响

内蒙古高庙子钠基膨润土被确定为我国高放核废物深地质处置库的缓冲回填材料,为研究其在化学屏障方面的表现,对在NaCl,KCl,CaCl_2,MgCl_24种浓度均为0.5 mol/L的盐溶液及蒸馏水入渗下的内蒙古高庙子钠基膨润土试样进行了自由膨胀率及膨胀力试验。结果表明:膨润土试样的竖向膨胀力大于其径向膨胀力,且在初始阶段膨润土膨胀力发展迅速,一段时间后增长减缓并趋于稳定;盐溶液作用下的膨润土膨胀性能发生了衰减,且不同盐溶液(即不同金属阳离子)对膨润土膨胀性能有着显著不同的影响;膨润土的自由膨胀率与其膨胀力成正相关,即自由膨胀率越大,则相应的膨胀力也越大,Na~+,K~+对高庙子钠基膨润土膨胀性能的削弱作用均要强于Ca~(2+),Mg~(2+),即在研究范围内,低价阳离子对高庙子钠基膨润土膨胀性能的影响要大于高价阳离子;膨润土径向膨胀力与竖向膨胀力的比值为0.6左右,且该比值与入渗液的种类无关。研究结果可为高庙子钠基膨润土化学屏障性能的判定提供依据。     

膨润土水化膨胀行为简化计算

在已有膨润土微观结构研究的基础上,假设其中蒙脱石的膨胀完全填充土中孔隙,得到蒙脱石膨胀体积应变sεv的表达式.根据sεv计算出水化后蒙脱石矿物层距离的一半和基于Gouy-Chapman理论的扩散双电层的厚度,并对二者进行了比较.在给定的计算参数下,当饱和含水量为80%~90%时,膨润土的孔隙完全由结合水填充.     

非饱和膨润土掺砂混合物的水力和力学性质

采用压力板法和滤纸法对膨润土掺砂混合物土-水特征曲线的低吸力段(＜1.5 MPa)与高吸力段(＞1.5 MPa)分别进行量测.不同吸力测试方法得到的试验结果具有较好的一致性.根据试验测得的土-水特征曲线,得到混合物的残余含水量和进水值;利用吸力可控制的非饱和土固结仪,进行不同常吸力下膨润土掺砂混合物的压缩试验,得到不同吸力下的压缩曲线.试验结果表明：随着施加吸力的增大,膨润土掺砂混合物的屈服应力增大,而压缩指数减小;同一吸力下,湿化段上吸力对应试样的屈服应力大于经过湿化饱和后处于干化段上吸力对应试样的屈服应力.     

压实高庙子膨润土抗拉强度时效性试验

通过试验研究了试样静置时间对不同干密度和含水率压实高庙子膨润土抗拉强度的影响. 在保持干密度和含水率不变的条件下, 将不同初始状态试样分别静置 0, 7, 15, 30, 90 d, 利用巴西试验测其抗拉强度, 并结合压汞试验进行分析. 试验结果表明: 随静置时间的增加压实高庙子膨润土的抗拉强度前期减小较多, 后期逐渐趋于稳定; 在同一含水率下, 静置时间对膨润土抗拉强度的影响程度随干密度的增大而减小. 静置时间对膨润土抗拉强度的影响如下: 在静置过程中, 由于土中水分子逐渐向蒙脱石层间移动, 蒙脱石晶层吸水逐渐展开、水化, 故颗粒间连接变弱, 使抗拉强度降低. 该成果为核废料处置库膨润土砌块的存放和在安装过程中其抗拉强度的变化范围提供参考数据.     

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.     

毛细管法研究pH值对放射性核素152+154Eu(III)在紧密皂土中的扩散影响

利用毛细管法研究了pH值对放射性核素152 154Eu在紧密皂土中的吸附和扩散影响.实验结果与Fick定律理论计算值非常一致,与近似条件下其他方法的测量结果非常相近,表明毛细管法的正确性.研究结果表明,放射性核素152 154Eu(III)在紧密皂土中的扩散随pH值的升高而减小,152 154Eu(III)在紧密皂土上的吸附随pH值的升高而增加,Eu(III)在皂土上吸附的分配系数随皂土密度的增加而减小.皂土的密度(皂土的空隙数)对放射性核素的吸附、扩散和迁移起重要的作用.     

毛细管法研究pH值对放射性核素^152＋154Eu（Ⅲ）在紧密皂土中的扩散影响

利用毛细管法研究了pH值对放射性核素^152＋154Eu在紧密皂土中的吸附和扩散影响．实验结果与Fiek定律理论计算值非常一致，与近似条件下其他方法的测量结果非常相近，表明毛细管法的正确性．研究结果表明，放射性核素^152＋154Eu（Ⅲ）在紧密皂土中的扩散随pH值的升高而减小，^152＋154Eu（Ⅲ）在紧密皂土上的吸附随pH值的升高而增加，Eu（Ⅲ）在皂土上吸附的分配系数随皂土密度的增加而减小．皂土的密度（皂土的空隙数）对放射性核素的吸附、扩散和迁移起重要的作用．     

击实水泥土强度随养护龄期增长的微观机理

通过室内夯实水泥土桩无侧限抗压强度实验和微观结构观测,研究了击实水泥土强度随养护龄期增长的微观机理.实验结果表明:随养护龄期的增长,击实水泥土块的无侧限抗压强度增加,渐趋于一个稳定值;60d龄期强度即可作为击实水泥土的设计强度.水泥土强度随龄期增长实质上反映了水泥水化凝胶体与拌和土料中的活性物质之间的离子交换和团粒化作用,以及硬凝反应程度由弱变强,在微观结构上表现为水泥土块中水化物结晶体由絮状、纤维状结构逐渐变为菊花状结构,最终形成网格状结构;粒间孔隙由大变小,分散状的土颗粒发生团粒化,随着水化作用的持续进行,相邻团粒被网格状水化物晶体联接形成水泥土结石体,从而导致水泥土强度的提高.     

化-力耦合作用下GMZ01膨润土体变特性研究进展

基于既有研究成果,归纳总结了化-力耦合作用下压实GMZ01膨润土体变特性方面的研究进展.随着NaCl和CaCl_2入渗溶液浓度的增加,高压实GMZ01膨润土的膨胀力与膨胀变形不断减小;在盐化-淡化循环过程中,膨胀/收缩变形主要发生在第1次循环中.压实GMZ01膨润土的压缩指数随NaCl溶液浓度的升高不断降低,随初始饱和应力变化很小;屈服应力随入渗溶液浓度或者初始饱和应力的升高而升高.多离子类型的化学循环、微观机理分析及考虑化学影响的多场耦合研究应该是今后的研究重点.     

水泥稳定碎石强度影响因素

为了揭示水泥稳定碎石强度形成机理及影响因素,分别采用静压成型方法和振动试验方法成型试件,通过室内试验,研究试件成型方式、水泥剂量、级配类型和密实度对水泥稳定碎石强度的影响规律。结果表明:成型方法对试件结构尤其是矿料级配及矿料排列影响很大,振动法成型试件28 d后强度接近于静压法的2.54倍;水泥剂量(质量分数)对初始强度影响效果不明显,水泥剂量小于5%时,对水泥稳定碎石极限强度影响显著,水泥剂量超过5%时,水泥剂量增加1%时极限强度提高不超过10%;骨架密实型水泥稳定碎石比悬浮密实型初始强度约增大19%,后期强度约增大10%;试件密度提高1%,水泥稳定碎石强度至少提高11%;龄期28 d前水泥稳定碎石强度增长较为显著,龄期达到28 d时,水泥稳定碎石强度可达到极限强度的75%以上。     

夯实高饱和度地基土的强度特性

运用改进的非饱和土三轴仪,对某地税大楼强夯后高饱和度地基土进行了控制吸力条件下的固结排水剪切实验.实验结果表明,基质吸力对非饱和土的强度特性有重要影响,抗剪强度参数有效内聚力和有效内摩擦角都与吸力呈良好的线性关系.随吸力增加,有效内聚力呈线性增加,而有效内摩擦角则相应地减小.在实验吸力的范围内,有效内聚力受吸力的影响比有效内摩擦角更明显.而实验土的破坏包线并不是平面,它随净平均应力和吸力的增高而呈收敛状,说明对这种高饱和度击实粉土,当围压加至300kPa以上时,吸力对强度的增长不再明显,此时围压将起主导作用.