高庙子膨润土和砂混合物膨胀变形特性及其预测

以高庙子钠基膨润土为试验材料, 利用单向固结仪进行一维浸水膨胀、浸水湿陷以及膨胀力试验, 分析了该膨润土在不同掺砂率下浸水膨胀和湿陷变形特性等问题, 并根据蒙脱石孔隙比的概念, 分析了饱和时的膨润土及其掺砂混和物的变形特性. 试验结果表明, 在低掺砂率下充分吸水膨胀湿陷或不变形时, 膨润土与砂混合物的蒙脱石孔隙比与垂直应力的关系在对数坐标系中是一条直线, 并且可据此预测膨润土及膨润土掺砂混和物在不同的干密度、掺砂率下吸水至饱和时的变形量及膨胀力. 分析砂骨架孔隙比对高掺砂率膨润土混合物的试验结果, 可预测形成砂骨架时的垂直应力值.     

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...     

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。     

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.     

膨润土膨胀变形的分形模型

膨润土的膨胀变形计算一直是核废料处置库垫层设计的关键难题之一,膨润土的膨胀变形过程就是膨润土吸水过程,膨润土吸附水体积与膨润土的表面特征有关,膨润土的表面特性可以采用分形模型描述,由此可以建立膨润土吸附水体积与上覆压力的关系.根据膨润土表面和膨润土膨胀后的团粒(aggregate)的分形模型,建立了膨润土膨胀变形、膨胀压力、侵蚀(自由膨胀)和饱和膨润土压缩变形的计算理论,导出由溶质吸力产生的有效应力表达式,建立了有效应力表示的盐溶液中膨润土膨胀变形方程,并得到膨胀变形试验数据的验证.结果表明,膨润土吸水体积是上覆压力的幂函数,指数为Ds-3;侵蚀临界剪切应力是膨润土团粒的有效密度、直径的幂函数,膨润土侵蚀质量是水流量的幂函数,指数是团粒分维的函数.     

高压实高庙子膨润土的微观结构特征

采用水汽平衡法和渗析法吸力控制技术,借助压汞仪法(MIP)和环境扫描电镜法(ESEM)等试验手段,在自由和侧限状态下,试验研究了被确定为我国高放废物地质处置库首选缓冲材料的高庙子膨润土水化过程中的微观结构变化特征.结果表明,侧限条件与土中吸力对于高压实膨润土水化过程中的微观结构变化影响明显.在高吸力范围(3～309MPa)内,无论是处于侧限还是自由膨胀状态,高压实高庙子膨润土的含水量随控制吸力变化不大,且2种状态下数值基本一致;而当吸力低于3 MPa时,尤其是当吸力小于1 MPa时,处于不同状态下的土样中,含水量随吸力的变化特征出现了明显的差异.从微观上看,随着控制吸力的降低,自由膨胀状态下,大量的水进入了集合体间的孔隙(大孔隙)中,压实膨润土的体积膨胀主要来自于集合体间孔隙(大孔隙)的膨胀;侧限状态下,内部膨胀力逐渐积累,集合体间的孔隙(大孔隙)被压缩,较小孔隙的数量不断增加,压实膨润土中的孔隙大小趋于均一化.     

高庙子膨润土悬浮液的抗冲蚀流变特性

采用流变仪对高庙子膨润土悬浮液在不同水固比、掺加盐溶液类型及浓度的条件下的抗冲蚀流变特性进行了研究,得到了各种情况下膨润土悬浮液的屈服应力,再结合Stoke公式计算了引起膨润土悬浮液冲蚀的初始水流速度.研究表明:随着水固比的增加,膨润土流变曲线逐渐下移;对于水固比小于5.0的膨润土悬浮液,当剪切速率较小时呈现假塑性流体特征,而当剪切速率达到一定值时,流变曲线斜率趋于定值;对于水固比大于5.0的膨润土悬浮液,则始终表现为假塑性流体特征,且随着水固比的增大,膨润土悬浮液牛顿流体特征逐渐增强;随着NaCl浓度的增加,膨润土悬浮液屈服应力先减小后增大,而随着CaCl2浓度的增加,膨润土悬浮液屈服应力则不断减小;引起膨润土悬浮液发生冲蚀破坏所需的最低水流速度在10-4~10~(-2)m·s~(-1)范围内.     

膨润土及掺砂混合物膨胀变形试验研究

膨润土作为高放废物深层地质处置的缓冲/回填材料,非常有必要研究其物理力学性能。本文利用固结仪对钙基膨润土及其掺砂混合物进行了一系列膨胀变形的试验研究,分析了膨胀变形特性与初始干密度和含水率之间的关系。试验结果表明:膨润土及掺砂混合物的膨胀应变主要取决于膨润土及掺砂混合物的最初干密度和膨润土含量,随着初始干密度的增加而增加,随初始含水率的增加膨胀变形逐渐减小。     

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.     

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.     

化-力耦合作用下石墨烯改性GMZ膨润土的膨胀变形特性

针对作为我国高放射性废物处置库首选缓冲/回填材料的高庙子(GMZ)膨润土,通过掺入石墨烯进行物理改性以改善其膨胀性能;采用一维膨胀变形试验仪,研究不同荷载与不同NaCl浓度作用下膨润土/石墨烯混合物的膨胀变形规律;并对试验结束后的试样进行扫描电镜测试,分析化-力耦合作用下GMZ膨润土/石墨烯混合物的膨胀变形机理.研究结...     

膨润土-砂混合物碱热耦合老化后的膨胀性能

在高放射核废物地质处置中,膨润土-砂混合物作为其人工屏障的一种缓冲回填材料,长期受到含盐地下水与地热、化学衰变热的双重碱热耦合作用,导致该材料封闭性能衰退。为了研究膨润土-砂混合物在碱热耦合作用后的膨胀性能,将膨润土分别放入密封容器中用1 mol/L的Na OH溶液浸泡并置于90℃的高温烘箱中进行2～12个月的碱热耦合反应,模拟膨润土在地质库中的运行情况,考察了碱热耦合老化后膨润土-砂混合物恒体积膨胀力与膨润土自由膨胀率指标。结果表明,碱热耦合老化作用会显著降低膨润土-砂混合物的膨胀性能,随着老化时间的延长,膨润土-砂混合物的膨胀力和膨润土的自由膨胀率都明显减小。研究成果可为高废处置库长期运行的稳定性和安全性预测提供参考。     

有限变形下泊松比变化规律研究

在材料不可压缩的前提条件下，分别研究了有限变形两种构型下泊松比的变化规律，结果表明用欧拉描述方法是可行的。     

有限变形下泊松比变化规律研究

在材料不可压缩的前提条件下,分别研究了有限变形两种构型下泊松比的变化规律,结果表明用欧拉描述方法是可行的。     

γ辐照和热老化对高庙子膨润土自由基的影响

为了了解 γ 辐照和热老化对高庙子天然钠基膨润土中自由基的影响,拓展高放地质处置缓冲材料性能评价范围,以内蒙古高庙子天然钠基膨润土和北山地下水为研究对象,利用电子自旋共振波谱仪、红外光谱仪和穆斯堡尔谱仪分析了不同γ 辐照剂量(500、1000、1500、2000、2500和3000 kGy)照射、不同老化温度(90、150、170、190和210℃)和老化时间(2、4、6、8、10和12个月)热老化以及γ 辐照3.0MGy后,开展不同老化温度(90、150、170、190和210℃)和老化时间(2、4、6、8、10和12个月)热老化的后的高庙子天然钠基膨润土中自由基浓度、官能团和Fe的赋存状态以及含量的变化,并对其机理进行了初步分析。结果表明：随着累积辐照剂量和老化温度(时间)的增加,膨润土中自由基含量先增大后减小,且辐照和老化作用存在明显的叠加效应;老化后膨润土中Fe(Ⅱ)含量减小,Fe(Ⅲ)含量增大,老化过程发生了结构Fe(II)向Fe(III)的转变,而这种转变在黑暗条件下可以活化O_²产生?OH,且?OH 的生成与 Fe(II)的氧化趋势一致,因此试验条件下 Fe(II)活化O_²产生?OH对膨润土中自由基含量的影响是非常重要的,建议进行深入研究。     

盐溶液及掺砂率对高庙子膨润土强度的影响

高庙子膨润土已被选为我国高放核废物处置库基质材料,研究其力学性能对处置库工程的设计有着重要意义.处置库预选区甘肃北山地区的地下水中盐溶解固体含量较高,需要研究盐溶液作用下缓冲/回填材料的工程性质.研究了高庙子钠基膨润土(GMZ07)及其掺砂率分别为0%, 30%和50%的混合物在不同NaCl浓度下的强度特性,并进行扫描电镜测试.试验结果表明,在纯水饱和条件下,掺砂膨润土试样的应力应变曲线呈现明显的应变硬化,但其峰值强度低于纯膨润土的峰值强度.随着NaCl浓度的升高,盐溶液饱和的掺砂混合物和纯膨润土的剪切强度均明显增大,内摩擦角变大,但黏聚力变化不大.当NaCl浓度升高和坚向荷载增大时,掺砂混合物的强度增加量明显高于纯膨润土,并在NaCl浓度和压力较高的情况下,掺砂混合物的强度大于纯膨润土的强度.最后,在掺砂混合物试样中引入膨润土有效干密度的概念,并结合微观结构的分析,解释了不同NaCl浓度下掺砂混合物的剪切机理.     

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/cm3.选取2.0 mol...     

生物炭改性高庙子膨润土对铕(Ⅲ)的吸附特性

针对作为我国核废料处置库缓冲/回填材料——高庙子(GMZ)膨润土——在长期运营条件下的缓冲性能衰减问题,利用梧桐叶为碳源制备生物炭改性GMZ膨润土,通过微观表征和批次吸附试验,研究了其结构和对Eu(Ⅲ)的吸附性能,进一步探讨了复合材料的作用机理.结果表明,生物炭改性GMZ膨润土中的官能团出现次甲基(—CH),说明有机官能团嫁接成功,层间距进一步增大,蒙脱石表面的细小颗粒在改性后变大.在吸附性能方面,随着固液比和接触时间的增加,吸附率提高;随着pH值、离子强度的增加,吸附率降低;生物炭改性GMZ膨润土对Eu(Ⅲ)的吸附等温线符合Langmuir模型和准二级动力学模型,最大理论吸附量为32.36 mg·g~(-1).     

侧限应力状态下非饱和膨润土的变形特性

采用测量侧向应力的压缩仪对不同初始密度和含水量的非饱和膨润土进行压缩试验,研究膨润土在侧限条件下由竖向荷载作用引起的变形及侧向应力的变化规律.根据试验结果,得到在含水量不变条件下非饱和膨润土的压缩变形特性,同时分析压缩过程中试样的孔隙比、饱和度及侧向应力的变化规律,归纳出非饱和膨润土中侧向应力与竖向应力之比与饱和度及竖向应力的关系.