碱热耦合的膨润土-花岗岩岩屑混合物膨胀特性

在高放废物处置库的运营过程中, 核废料的衰变热和混凝土老化产生的碱性孔隙水均会对缓冲回填材料的工作性能产生影响. 为了研究碱热耦合对缓冲回填材料膨胀特性的影响, 采用高庙子 (Gaomiaozi, GMZ) 膨润土和花岗岩岩屑混合材料, 选用 NaOH 溶液模拟碱性孔隙水, 利用水浴锅提供恒温溶液, 并将溶液在自主研制的耐腐蚀固结仪中不断循环, 分别开展 25 和 50 ${^\circ}$C 两种温度以及 0.1、0.5 和 1.0 mol/L 3 种碱性溶液浓度下的膨胀力试验, 获得了各试样的膨胀力时程曲线. 试验结果表明: 当温度相同时, 试样的最大膨胀力和稳定膨胀力均随碱性溶液浓度的增加而降低; 当同一浓度碱性溶液入渗时, 试样的最大膨胀力和稳定膨胀力均随掺岩率的增大而降低; 相同掺岩率及入渗碱性溶液浓度的试样的最大膨胀力和稳定膨胀力均随温度的升高而降低. 碱性溶液对膨胀力的衰减程度随溶液浓度的增加而增大, 随温度的升高而增大. 对于膨润土-花岗岩岩屑混合物, 在相同入渗溶液浓度和相同反应温度下, 膨胀力衰减率随掺岩率的增大而降低.     

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.     

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.     

高庙子钙基膨润土的膨胀特性

对高庙子钙基膨润土进行了膨胀变形试验、膨胀力试验及湿陷试验, 研究了其膨胀特性及湿陷特性. 试验结果表明: 膨胀力随初始干密度的增加而增大, 且膨胀力的对数与初始干密度大致呈线性关系; 浸水引起的膨胀应变随着竖向应力、初始含水量的增大而减小, 且随着初始干密度的增加而增大; 膨胀速率随初始干密度的增加而增大,随竖向应力、初始含水量的增大而减小; 在相同竖向应力下, 3 种试验方法得到的浸水饱和稳定后的孔隙比大致相同, 在双对数坐标下, 孔隙比与竖向应力呈线性关系.     

盐溶液浸润下团粒膨润土的膨胀与渗透性能研究

为有效阻滞海边垃圾填埋场污染物迁移,填充施工缝隙,提出通过制备团粒膨润土,提高膨润土的压实度,获取其低渗透、强吸附和适宜膨胀能力来改善这一现状.在团粒膨润土制备过程中,其膨胀性能与渗透性能是否产生影响亟需验证.以团粒膨润土与普通膨润土压实试样为研究对象,其含水率为20%,干密度为1.69 g/cm~3.选取2.0 mol/L浓度的CaCl_2溶液模拟浸润环境,开展膨胀与渗透试验,对溶液浸润后的压实土样进行压汞试验分析,对渗透性及膨胀性进行综合评价.结果表明:与去离子水浸润条件下相比,团粒膨润土在CaCl_2溶液浸润条件下的膨胀力明显降低,降幅达到30%.团粒膨润土在CaCl_2溶液浸润条件下的渗透系数显著增大,数量级从10~(-14)增大到10~(-13),即高浓度盐溶液对团粒膨润土的膨胀力与渗透系数影响程度较大.研究结果对海边垃圾填埋场的设计具有参考价值.     

温度对高庙子膨润土浸水膨胀特性的影响

对取自内蒙古高庙子地区的GMZ07钠基膨润土在不同温度下进行了浸水饱和引起的膨胀特性试验.在不同温度条件下对不同初始干密度试样在100~600 kPa的竖向荷载作用下进行了浸水饱和的膨胀变形及膨胀力试验.试验结果表明:在初始含水率相同的情况下,浸水饱和引起的变形主要取决于干密度和竖向荷载,对温度也有一定的影响,但不是很显著;在相同干密度和温度的情况下,竖向荷载越大,浸水变形稳定后孔隙比越小,且孔隙比与竖向压力在半对数坐标中呈线性关系;在相同温度和相同竖向荷载情况下,不同的初始干密度试样在浸水变形稳定后的孔隙比相近.此外,随着温度的升高,膨胀力略微减小.     

基于改进滤失试验的CaCl_2溶液作用下膨润土滤饼渗透系数

由于隔离墙施工过程中形成的膨润土滤饼对土-膨润土隔离墙整体防渗性能起到重要作用,采用改进滤失试验测试了不同压力下受CaCl_2溶液和去离子水作用的膨润土滤饼渗透系数kc和kw.结果表明,同浓度CaCl_2溶液作用下,随试验压力增大,膨润土滤饼渗透系数呈降低趋势;同一压力下,滤饼渗透系数随CaCl_2浓度增大而增大.由试验压力增长引起的滤饼孔隙比的减小,可降低滤饼的渗透系数;而由CaCl_2浓度增大所造成的滤饼孔隙比的减小则增大了滤饼的渗透系数.当CaCl_2浓度15 mmol/L时,膨润土泥浆试样无法形成滤饼,膨润土的kc/kw将大于10,其渗透系数将显著增长.     

溶液特征对GCL膨胀和渗透特性的影响

利用自由膨胀试验和渗透试验研究了溶液阳离子的离子价、浓度和水化离子半径对GCL(土工织物膨润土垫)中膨润土膨胀特性和GCL渗透性能的影响.试验结果表明溶液的这些特征均对GCL的膨胀性和渗透性有不同程度的影响:膨润土的自由膨胀量随着阳离子离子价和浓度的增大而逐渐减小,而GCL的渗透系数则逐渐增大;1价阳离子溶液的浓度对GCL的膨胀量和渗透系数影响显著,而2价或3价阳离子溶液浓度的影响较小;对于1价阳离子溶液,膨润土的自由膨胀量随着水化离子半径的增大而增大,而GCL渗透系数则随之减小.最后,根据研究结果和相关理论对GCL的膨胀和渗透特性进行了机理分析.     

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。     

干湿循环对云南红土渗透性的影响

以云南红土为研究对象,以浸泡增湿12 h、低温脱湿12 h的干湿循环作为控制条件,考虑干湿循环次数(1～8次)和干密度(1. 20、1. 25、1. 30、1. 35 g/cm3)的影响,通过变水头渗透试验的方法,研究了干湿循环作用对云南红土渗透特性的影响。试验结果表明,经过干湿循环作用的红土,随干湿循环次数的增加,渗透前后红土试样的质量和含水率减小;渗透后的质量和含水率大于渗透前的相应值;渗透过程中,初始渗透时间延长,初始渗透水头差减小,渗透系数减小。相同干湿循环条件下,随干密度的增大,渗透前后红土试样的质量增大,含水率减小,初始渗透时间延长,初始渗透水头差减小,渗透系数减小。干湿循环作用引起红土试样的渗透特性变化的实质在于,干湿循环过程中,脱湿收缩、增湿膨胀、渗透迁移泥化、孔隙堵塞减小的综合作用,而干密度的大小和干湿循环时间的长短则影响了干湿循环作用的程度(脱湿程度高于增湿程度),相应地改变了干湿循环红土的渗透特性。