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.     

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...     

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。     

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.     

初始含水率对膨润土膨胀特性的影响

为了获得初始含水率对膨润土膨胀特性的影响规律,进行了不同初始含水率条件下无荷膨胀率、有荷膨胀率和膨胀力室内试验。试验结果表明:中等膨胀势膨润土在吸水饱和过程中无荷膨胀率、有荷膨胀率逐渐增大,且经历快速膨胀期、缓慢膨胀期和膨胀稳定期3个阶段。初始含水率越小,快速膨胀期历时越短,膨胀速率越快。随着初始含水率的增加,膨润土的无荷膨胀率、有荷膨胀率和膨胀力均呈减小趋势,且无荷膨胀率、有荷膨胀率线性递减,而膨胀力与初始含水率呈现良好负指数关系。     

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.     

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.     

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.     

一种新型膨润土类建筑密封膏的研究

研制了一种新型膨润土类遇水膨胀建筑密封膏.将质量分数分别为60%,65%,70%的钠基膨润土与矿物油和石蜡混合,制成3个建筑密封膏试样;利用自行研制的渗透系数测定装置,按照相关标准计算出这种新型建筑密封膏在非限制状态下的一些性能数据.研究表明:在非限制状态下试样24h体积膨胀率分别为211%,222%,256%;渗透系数分别为2.86×10-8,4.15×10-8和4.78×10-8cm/s;低温柔性好,并且膨润土质量分数分别为65%,70%的试样在80℃加热2h不流淌.XRD和SEM表征显示,试样中的膨润土被矿物油较好地包覆,膨润土的层间距基本未发生变化.试样既保留了膨润土吸水膨胀的能力,又...     

南宁灰白重塑膨胀土三向膨胀室内试验研究

膨胀土是一种具有强胀缩性的特殊粘土。掌握其三向膨胀规律对于合理分析膨胀土边坡变形失稳具有重要意义。以南宁灰白膨胀土为试验对象,开展了不同条件下的三向膨胀率和膨胀力试验,揭示了干密度,初始含水率和外部荷载对于膨胀率和膨胀力的影响规律。试验表明,三向膨胀率和膨胀力均表现为：两个水平方向基本一致,竖向大于水平方向;干密度相同时,均随初始含水率的增大而减小,初始含水率相同时,均随初始干密度的增大而增大;膨胀率横、竖向比值均随干密度和初始含水率的增大越趋近于1;三向膨胀率均与三向荷载呈对数线性关系,荷载对膨胀具有抑制作用;横向膨胀力与控制横向膨胀率呈良好的指数关系,说明土体膨胀力将因为膨胀变形释放而大幅减小。     

泥页岩重塑样三向膨胀力试验

利用岩土三向膨胀力仪对准格尔膨胀泥页岩重塑样进行了不同初始含水率、不同干密度的三向膨胀力试验。结果表明:(1)经过单向压缩的重塑样存在各向异性,竖向膨胀力始终大于径向膨胀力,随干密度增大各向异性更加显著;(2)干密度越大膨胀力越大,二者呈指数变化;(3)初始含水率越大膨胀力越小,二者呈线性变化,干密度越大,膨胀力随初始含水率变化的速率就越大。     

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。     

青海地区泥岩膨胀特性与微观结构

为研究不同单元体泥岩膨胀特性与微观结构的关联性。本文对青海省东北部的泥岩进行调查研究,选用扫描电镜(SEM)对泥岩进行观测,利用图形软件分析岩石内部的结构。通过自由膨胀试验、侧向约束膨胀试验、膨胀力试验来探究不同单元体泥岩的宏观膨胀。通过获取的数据针对泥岩孔隙分形特征展开分析,运用灰色关联法建立宏观膨胀与微观结构之间关系。研究结果表明：①N型泥岩试样孔隙多,膨胀潜势不强,M型泥岩试样结构紧密,孔隙较少,矿物成分较多,膨胀潜势相对较强；②不同单元体泥岩试样的分形维数与膨胀率(力)呈负相关,且M型泥岩试样的分形维数在膨胀率(力)的拟合度要高于N型泥岩试样；③不同单元体的膨胀率(力)与平均孔径、圆度、分形维数、面孔率均有关联,尤其是孔隙的圆度和分形维数关联性最大。研究成果为宏-微观之间泥岩关联性的认识提供参考,对该地区膨胀岩(土)工程建设具有借鉴意义。     

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.     

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.     

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。     

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.