膨润土-碳酸钙混合物的力学特性

通过在膨润土中掺入不同量的CaCO_3模拟高放射性核废料(high-level radioactive waste,HLW)处置库周围地下水侵入屏障生成CaCO_3后膨润土性状的变化。通过配置4组不同CaCO_3掺入量的膨润土进行了有荷膨胀试验、压缩试验和直剪试验,运用太沙基一维固结理论计算了渗透系数,并采用扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)对样本进行了微观分析。结果表明:最终膨胀率与竖向应力、CaCO_3含量有关,竖向应力越大,CaCO_3含量越高,最终膨胀率越小;压缩指数随CaCO_3含量的增大而小幅下降;随着CaCO_3含量的增多,膨润土-碳酸钙混合土渗透性变差;非饱和样的抗剪强度随CaCO_3含量变化存在一个峰值,黏聚力先增后减,饱和样则相反;电镜扫描图显示,CaCO_3的掺入填充了膨润土中的孔隙,使其结构更加致密。     

线性加荷情况下非饱和土层一维固结特性分析

基于Fredlund非饱和土一维固结理论, 得到了线弹性和黏弹性两种地基在线性加荷情况下, 顶面透水透气、底面不透水不透气的单层非饱和土一维固结超孔隙水压力、超孔隙气压力和沉降的半解析解. 通过典型算例, 分析了不同水、气渗透系数比以及不同土层深度下超孔隙水压力、超孔隙气压力和固结度随时间的变化规律,并对线弹性和黏弹性两种地基的计算结果进行了比较分析. 得到的结论对于非饱和土固结特性的研究及线性加荷下的固结工程具有一定的参考价值.     

两种边界条件下非饱和土一维固结特性分析

针对工程中存在的表面排气不排水、底面不渗透及表面排水不排气、底面不渗透两种边界条件下的非饱和土层进行一维固结特性研究.基于Fredlund非饱和土一维固结理论,对其固结方程作适当假定,由得到的液相及气相控制方程、Darcy定律及Fick定律,经Laplace变换和Cayley-Hamilton定理构造顶面状态向量与任意深度处状态向量间的传递关系.通过引入边界条件,得到Laplace变换域内的超孔隙水压力、超孔隙气压力及土层沉降的解.采用Crump方法编制程序实现Laplace逆转换,得到时间域内的超孔隙水压力、超孔隙气压力、土层沉降的半解析解.采用典型算例,分析在不同气相与液相渗透系数比情况下,土体超孔隙水压力、超孔隙气压力随时间的变化规律,结果对非饱和土体一维固结特性研究具有参考价值.     

初始孔隙率对高放射性废物处置库缓冲材料性状的影响

采用高放射性核废料处置库(high-level radioactive nuclear waste repsitory, HLWR)模型试验,以核废料处置库近场的缓冲层GMZ01膨润土为研究对象,建立轴对称模型.采用有限元(finit element method, FEM)软件Code-Bright,考虑热-水-力(thermo-hydromechanical, THM)耦合作用,研究作为缓冲层的GMZ01膨润土在处置库关闭后,不同压实度(初始孔隙率)对处置库渗流场、应力、温度的影响,得到了不同初始孔隙率膨润土在处置库封闭运行后温度、饱和度、吸力、应力等性状随时间的变化.实验结果可为中国北山核废料处置库的规划、设计、可行性分析提供一定的参考.     

非饱和土粘弹性地基一维固结特性分析

基于Fredlund的非饱和土一维固结理论,采用李氏比拟法,研究有限厚度粘弹性非饱和土层在大面积均布瞬时加荷时的一维固结问题.针对Merchant粘弹性模型,采用Laplace 变换及Cayley-Hamilton等数学方法,引入边界及初始条件,得到Laplace变换域内顶面排气不排水、底面不渗透情况下粘弹性非饱和土地基一维固结时的超孔隙水压力、超孔隙气压力以及土层沉降的解,采用Crump及Durbin方法实现Laplace逆变换, 获得半解析解;分析在不同气、水渗透系数比k_a/k_w下,Merchant粘弹性模型的Kelvin体中弹性模量E₁和粘滞系数η等对粘弹性非饱和土地基一维固结特性的影响,揭示粘弹性非饱和土地基的固结特性;最后通过与弹性解析解的对比,验证了半解析解方法的正确性.     

深基坑开挖过程中土的性状及围护墙体安全度分析

本文以室内试验和现场测试成果为基础，分析了深基坑开挖大面积卸荷时坑底被动区土体性状的变化，在传统方法的基础上研究了诸多坑底扰动因素（不能及时浇筑大面积底板垫层及砼坑底土暴露时间过长等）对围护墙体安全度的不利影响，并探讨了相应的工程措施．     

热源对核废料处置库近场性状的影响

采用高放射性核废料处置库模型进行试验, 以核废料处置库近场的膨润土及岩石为研究对象, 建立轴对称模型. 选用适当的控制方程, 运用有限元软件Code-Bright对核废料处置库关闭后处置库近场的温度场、渗流场、应力场进行热-水-力(thermo-hydro-mechanical, THM)耦合的数值模拟. 通过比较不同初始热源, 得到了处置库关闭后近场膨润土及岩石内温度、液体饱和度、吸力及应力的变化规律. 结果表明, 初始热源较小时膨润土和岩石的性质更为稳定.     

考虑井阻与涂抹的非饱和土竖井地基固结分析

基于等应变假设与 Fredlund 非饱和土固结理论, 得到了考虑井阻与涂抹的非饱和土竖井地基固结半解析解. 首先, 引入两个新的变量, 通过 Laplace 变换将控制方程组转化为易于求解的常微分方程组; 然后, 考虑井阻与涂抹条件, 并将 Laplace 变换下的解用 Crump 方法编程实现 Laplace 逆变换, 得到地基内任一深度的平均超孔隙气压力、平均超孔隙水压力和整个深度范围内的平均固结度在时间域内的解;最后, 将所求解退化为饱和土中考虑井阻与涂抹的等应变固结解进行验证, 并与非饱和土中自由应变假设下理想井固结解进行对比, 验证了半解析解的可靠性. 通过分析发现:井阻因子、涂抹系数和涂抹区半径比任何一个值增大, 固结都将变慢;考虑井阻与涂抹能更加准确地预测非饱和土竖井地基的固结度.     

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.     

缓冲材料参数对核废料处置库近场影响的二维有限元分析

以高放射性核废料地质处置的FEBEX原位试验作为数值计算模型,利用有限元软件Code-Bright,通过改变膨润土初始渗透系数、初始吸力和初始进气值,得到热-水-力(thermo-hydro-mechanical,THM)耦合作用下处置库关闭后缓冲层饱和度和吸力的变化规律,以及以上3个因素对这些性状影响的敏感程度,研究结果可为核废料处置库缓冲材料的选取提供参考.