压实高庙子膨润土抗拉强度各向异性

高放射性核废料深地质处置库中的缓冲层由膨润土块堆砌构成,而块体由膨润土粉末压制而成,其强度可能存在各向异性.采用直接拉伸试验方法,测得压实高庙子膨润土在不同条件下的抗拉强度,探讨了干密度和含水率对抗拉强度各向异性的影响,并进行了机理分析.试验结果表明:随着含水率的增加,抗拉强度先增大后减小,存在一个峰值;抗拉强度随着干密度的增加而增大;当拉力方向与制样压实力方向垂直时,试样的抗拉强度大于拉力方向与压实力平行时的抗拉强度,并且在同一含水率下,抗拉强度各向异性的程度随干密度的增加而增大.原因在于压实过程中蒙脱石层叠体排列趋于一个方向,导致各向异性显著.研究成果可为我国核废料处置库膨润土块体在运输和吊装过程中的抗拉强度特性提供参考数据.     

压实高庙子膨润土抗拉强度各向异性

高放射性核废料深地质处置库中的缓冲层由膨润土块堆砌构成, 而块体由膨润土粉末压制而成, 其强度可能存在各向异性. 采用直接拉伸试验方法, 测得压实高庙子膨润土在不同条件下的抗拉强度, 探讨了干密度和含水率对抗拉强度各向异性的影响, 并进行了机理分析. 试验结果表明: 随着含水率的增加, 抗拉强度先增大后减小, 存在一个峰值; 抗拉强度随着干密度的增加而增大; 当拉力方向与制样压实力方向垂直时, 试样的抗拉强度大于拉力方向与压实力平行时的抗拉强度, 并且在同一含水率下, 抗拉强度各向异性的程度随干密度的增加而增大. 原因在于压实过程中蒙脱石层叠体排列趋于一个方向, 导致各向异性显著. 研究成果可为我国核废料处置库膨润土块体在运输和吊装过程中的抗拉强度特性提供参考数据.     

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...     

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.     

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.     

基于线性吸附效应的CCL非饱和渗透特性

压实黏土衬垫(CCL)作为卫生填埋场最主要的防渗措施,其主要组成成分为粘性土体,在阻渗过程中会吸附渗滤液中的污染物质,改变土体孔隙结构,显著影响CCL防渗性能.假定CCL土体对污染物的吸附服从线性模式,土中孔隙均匀分布,土孔隙体积的改变只受污染物吸附效应影响,基于质量和体积关系分析,建立考虑污染物吸附效应的非饱和渗流模型,采用数值方法分析CCL对污染物的吸附效应对其非饱和渗透系数的影响.结果表明,填埋场CCL对污染物的吸附作用可有效降低防渗系统孔隙率,显著提高CCL防渗性能.在考虑吸附效应条件下,吸附分配系数、污染物浓度、初始孔隙率和有效饱和度等参数对CCL非饱和渗透性能有较大影响.     

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。     

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.     

压应力对非饱和土渗透系数的影响

针对环境工程和岩土工程中非饱和土常常受到各种形式的应力，分析了压应力对渗透系数的影响，并从土体孔隙分布的分形模型导出非饱和土渗透系数的表达式．实验结果表明，孔隙分布的分维值不受压应力影响，但压应力会引起饱和土的渗透系数和非饱和土的进气值的改变，从而影响非饱和土的渗透系数．     

操作条件对分子蒸馏纯化不饱和单甘酯的影响

通过单因素试验和正交试验研究了蒸发温度、进料流速、进料温度和冷凝温度对分子蒸馏纯化不饱和单甘酯时轻相/进料质量比D/F的影响,试验结果表明:影响D/F值的因素从大到小为:蒸发温度进料流速进料温度冷凝温度.建立了轻相中单甘酯和甘二酯的含量对不同蒸发温度的二次回归方程,为验证方程的可靠性,分别在进料流速为0.71、1.06、1.42mL/min,蒸发温度为150～200℃的条件下进行试验,将模型值同实验值进行比较,发现数学模型值和实验值很吻合.文中还考察了不同操作条件下不饱和单甘酯的回收率,当蒸发温度在170～190℃之间、进料流速为0.71mL/min、进料温度为70℃、冷凝温度为60℃时,只通过一步分子蒸馏,轻相中单甘酯的纯度便可提高到80%以上,回收率在60%～80%.     

冻融循环对GCL渗透特性的影响

为探究土工复合膨润土垫(GCL)在长期冻融循环作用下的防渗性能，以6h的冷冻和6h的融化为冻融周期对GCL进行冻融循环试验，研究了经历不同冻融次数后GCL渗透系数和自由膨胀率的变化规律.试验结果表明:4h内GCL可以达到冻胀稳定状态；GCL经历冻融循环作用后，再经历冻结时易产生不均匀冻胀；GCL在经历较少(≤30次)冻融循环次数情况下，渗透系数随冻融循环次数增加而减小，其最终渗透系数的量级在10^-11~10^-10m/s之间；随着冻融循环次数的增加，GCL中膨润土的自由膨胀率先增大后减小，最后趋于稳定.     

降雨条件下土坡三相流耦合模型验证与分析

基于非饱和土力学的基本理论,建立了考虑孔隙介质可压缩性的二维非饱和土坡固-液-气三相耦合控制方程,利用COMSOL multiphysics软件的PDE平台,将所建立的耦合控制方程的数值模拟结果与经典Liakopoulos砂柱排水的试验结果进行比较,验证了所建立的三相耦合控制方程的正确性,并讨论不同因素对渗流场和位移场的影响.模拟结果表明:渗透率k_s对降雨渗流过程的推进起阻滞作用,同时延缓了非饱和土坡的变形,但影响较弱.进气值系数对非饱和土坡变形沉降的过程有一定影响,但总体影响也较弱.     

复杂地形地质条件下矿井富水性探测技术与应用

黄土塬区地形地质条件复杂,运用瞬变电磁法开展矿井水探测能取得较好效果。在试验基础上,获取了测区大定源回线装置最佳发射框尺寸、发射频率及供电电流等参数,并将其运用于有效性试验,获得了区内视电阻率分布特征。实验区视电阻率三维切片图表明:煤系地层中不连续分布的低阻异常,推断为巷道分布位置;由于顶板冒落,裂隙可能导通上部砂岩含水层,建议开采前采取有效的探放水措施。