铜尾矿砂改良红黏土导热性能试验研究

回填土导热性能是直埋电缆载流量的重要影响因素之一。为探究各因素对改良红黏土导热性能的影响规律,制备不同掺砂率、干密度、含水率的试样,在恒温密闭的条件下,采用瞬态热线法测试试样导热系数,分析掺砂率、干密度、含水率对改良土导热系数影响规律。研究结果表明：铜尾矿砂对红黏土导热系数具有较好的改良作用,改良土的导热系数随着掺砂率、含水率均呈现线性增长。改良土导热系数随着干密度的增大,其增长趋势具有阶段性,当改良土的干密度大于1.65 g˙cm-3^时,导热系数的增长速率明显减小。铜尾矿砂对改良土导热系数的影响在于其中大量石英改善了固体骨架之间的传热效率。含水率和干密度对改良土导热系数的影响,主要在于其使改良土的三相传热方式发生了改变。基于测试结果,构建预测改良土导热的新模型,其能够较好预测改良土导热系数。     

基于模糊综合评判的膨润土-砂最优配比计算

以掺砂率和干密度2个回填材料性能主控因素为自变量构造隶属函数,以渗透系数、膨胀力、导热系数等12个性能指标为因素集,引入权向量分析理论,采用加权平均法和几何平均法进行综合评判以确定各性能下整体最优掺砂率和干密度.结果表明:在膨润土-砂混合物的干密度为1.82～1.83 g/cm~3、掺砂率为29%～30%时,其综合性能表现最优,可为中国膨润土-砂混合缓冲回填材料的配比优化提供数据参考.     

膨润土-砂混合物缓冲层径向热传导性

膨润土-砂混合物作为高放废物处置库缓冲材料,在核废料衰变热影响作用下,其稳定性及物理力学性能产生显著变化,这对缓冲回填材料的包封阻隔作用及处置库的安全运行产生重要影响。本研究采用自行设计的装置对按比例缩小后的不同干密度、含水率、掺砂率试样进行热传导模拟试验,并对试验过程进行热-力耦合数值模拟分析,得到了缓冲层温度、应力和应变的变化及分布情况。结果表明,增大试样干密度、含水率和掺砂率均可提高导热性,应力和应变也随之增大,且不同含水率试样产生的结果变化显著;缓冲层靠近热源的位置温度、应力和应变最大,且沿径向方向减小,初始时刻各值变化显著。     

废旧轮胎-砂颗粒轻质填料导热特性及预测模型

为了研究废旧轮胎-砂颗粒轻质填料的导热系数特性,降低废旧轮胎颗粒对地下散热构筑物的热量累积影响,采用室内热探针测试技术与电镜扫描技术,分析了含砂率、含水率、干密度和粒径对废旧轮胎-砂轻质填料导热系数的影响以及废旧轮胎-砂轻质填料的微观传热机理,提出了简化的废旧轮胎-砂导热系数多元线性回归预测模型.结果表明:废旧轮胎-砂轻质填料导热系数随含水率增加可分为增长区和稳定区,且临界含水率达到6%;砂粒径越大,旧轮胎-砂轻质填料导热系数越大;当含砂率小于40%时,废旧轮胎-砂轻质填料导热系数随干密度增加呈抛物线增长;当含砂率大于60%时,废旧轮胎-砂轻质填料导热系数随干密度增加呈线性增长;废旧轮胎-砂颗粒轻质填料的主导传热连,随着含含砂量的增加,由橡胶-橡胶传热链向砂-砂传热链转变.废旧轮胎-砂颗粒轻质填料导热系数回归预测模型具有良好的精度,能够为轻质回填料中的热构筑物周围温度场的分析提供更加合理的热学参数.     

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。     

高压实膨润土-砂混合型缓冲材料的渗透性能研究

缓冲材料作为高放废物深地质处置中的最后一道人工屏障,它的水力学屏障作用直接影响到化学屏障作用的有效发挥及处置库的长期稳定性及安全性。采用自主研制的高压实黏土渗透实验装置,探讨了不同干密度和掺砂率条件下的膨润土-石英砂混合型缓冲饱和侧限渗透性能。实验研究结果表明,随着掺砂率的增加,膨润土-石英砂混合型缓冲材料的渗透系数先减小再增大,当掺砂率为10%时,缓冲材料的渗透系数最小,其最佳掺砂率为10%;缓冲材料的渗透系数随着试样干密度增加而减小,干密度控制在1.6~1.8 g/cm~3时,能够更好地满足高放废物深地质处置库对缓冲材料的渗透特性的要求。     

冻土导热系数试验方法对比研究

采用热线法和热流计法分别对粉质黏土的冻土试样和融土试样进行了导热系数的测定.两种试验结果均反映出导热系数随含水率增大而增大,随干密度增大而增大的变化规律.通过回归分析得出导热系数受含水率的影响明显大于干密度的影响.将两种试验方法所得结果进行比较,并进行差异显著性检验.两种试验方法中,热线法所得导热系数更大,而试验方法的不同对导热系数的数值影响十分显著.在实际工程中进行温度场模拟和热工计算时,需要选择适当的试验方法获取数据,以避免分析结果严重偏离实际.     

冻土导热系数试验方法对比研究

采用热线法和热流计法分别对粉质黏土的冻土试样和融土试样进行了导热系数的测定。两种试验结果均反映出导热系数随含水率增大而增大,随干密度增大而增大的变化规律。通过回归分析得出导热系数受含水率的影响明显大于干密度的影响。将两种试验方法所得结果进行比较,并进行差异显著性检验。两种试验方法中,热线法所得导热系数更大,而试验方法的不同对导热系数的数值影响十分显著。在实际工程中进行温度场模拟和热工计算时,需要选择适当的试验方法获取数据,以避免分析结果严重偏离实际。     

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.     

不同粒径风化砂改良膨胀土的特性试验

土的粒径对土的压实性、强度以及胀缩特性有一定的影响。为研究不同粒径的风化砂对膨胀土特性的影响及其影响规律,本文结合宜昌市风化砂改良膨胀土特性试验研究,对粒径(d)为0.5mm、0.5mm≤d1mm及1mm≤d2mm的风化砂改良膨胀土进行了无荷膨胀率、收缩、直剪和击实试验,得到不同粒径、不同掺砂比例改良膨胀土的击实、强度和胀缩指标。试验结果表明,掺入风化砂能够有效抑制膨胀土的胀缩特性,改善压实特性,提高膨胀土的强度;掺砂之后,膨胀土的最佳含水率、无荷膨胀率、线缩率、体缩率及收缩系数均降低,最大干密度、内摩擦角、缩限均增大。同一掺砂比例下,随着粒径的增大,膨胀土的无荷膨胀率、线缩率和体缩率均减小;内摩擦角、黏聚力、最大干密度及缩限均增大。同一粒径下,随着掺砂比例的增大,膨胀土的最佳含水率、无荷膨胀率、线缩率和体缩率均降低;缩限和内摩擦角均增大;黏聚力随着掺砂比例的增大先增大后减小。当粒径为1mm≤d2mm和0.5mm≤d1mm时,掺砂20%时黏聚力达到最大值;当粒径为0.5mm时,掺砂10%时黏聚力达到最大值。最大干密度的变化趋势随着风化砂粒径的改变而改变,当粒径为1mm≤d2mm时,最大干密度随着掺砂比例的增加而增大;当粒径为0.5mm≤d1mm时,最大干密度随着掺砂比例的增大先增大后逐渐减小,掺砂30%时,最大干密度达到最大值;当粒径为0.5mm时,最大干密度随着掺砂比例的增大先增大后减小,掺砂20%时,最大干密度达到最大值。     

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.     

基于matlab和IamgeJ的黏土导热性能细观机理研究

为探讨黏土孔隙参数对其导热系数的影响,以武汉地区黏土为研究对象进行了导热系数试验,通过CT扫描获得了不同干密度、固结压力下黏土的高精度图像,利用Matlab2016B和ImageJ图像处理软件识别出土样孔隙参数。试验结果表明：控制黏土土样含水率25%不变,干密度一定时,其导热系数随固结压力的增大而增大,增幅保持在0.34%~3.58%之间;固结压力一定时,其导热系数随干密度的增大而增大,增幅保持在2.34%~12.2%之间。比较发现,干密度的变化对黏土导热系数影响程度明显高于固结压力的变化,同时黏土导热系数受土样细观结构中的孔隙数目、面积及孔隙率综合影响     

石灰改良红黏土导热系数影响因素及模型预测

导热系数是研究温度场的重要参数,基于石灰与红黏土酸碱互损随时间的演化,利用瞬态热线法导热系数仪,研究含水率、干密度以及龄期对石灰改良红黏土导热系数的影响,并建立经 验函数和BP神经网络预测模型。结果表明：石灰改良红黏土的导热系数随含水率的增加呈指数增长,随干密度的增加呈线性增长;在15-27%含水率范围内,其导热系数平均增长53.87%;在1.25-1.65 g·cm?3干密度范围内,其导热系数平均增长87.06%;改良土导热系数随龄期的增加呈指数降低,降低速率逐渐减小,最终有趋于稳定的趋势,在龄期90 d范围内,导热系数平均降低16.6%。经验证分析,两种模型的整体误差均小于10%;可以很好的描述石灰改良红黏土的导热系数随影响因素的变化情况。该规律以及模型,可以为日后相同土样进行石灰改良提供参考。     

基于灰色关联分析的出砂室内实验研究

基于物质守恒方程,设计室内填砂管实验模拟地层不同出砂情况,研究出砂对含水的影响,并利用灰色关联分析法分析出砂、含水与其他实验参数的关联程度。研究发现未出砂、出砂0.5%、出砂1%地层孔隙度随驱替分别呈下降、上升、先升后降趋势;含水饱和度随驱替迅速上升并逐渐稳定,对出砂情况变化不敏感;渗透率随出砂量增加呈上升趋势,并在整个驱替过程中保持稳定。灰色关联分析发现:含水饱和度对出砂影响最大,其次为孔隙度、目数、压差和渗透率;孔隙度对含水饱和度的影响最大,其他依次为压差、目数、渗透率、出砂量。基于灰色关联分析的结果,提出防砂控水的措施,以指导现场施工。     

孔隙率与饱和度对粉土导热特性的影响

为了研究孔隙率与饱和度对粉土热物理特性的影响,采用ISOMET热特性分析仪对苏州粉土、郑州粉土的重塑样及原状样热物理参数进行测试,从土体三相构成角度分析了粉土热物理参数(导热系数和体积比热容)与孔隙率及饱和度的演化关系。结果表明:当孔隙率一定时,粉土导热系数和体积比热容都随着饱和度增大而增大。粉土的饱和度存在一个临界值,当饱和度小于该临界值时,体积比热容随着孔隙率的增大而减少。孔隙率、饱和度与导热系数成非线性关系,与体积比热容成线性关系。     

压实高庙子膨润土抗拉强度时效性试验

通过试验研究了试样静置时间对不同干密度和含水率压实高庙子膨润土抗拉强度的影响.在保持干密度和含水率不变的条件下,将不同初始状态试样分别静置0,7,15,30,90 d,利用巴西试验测其抗拉强度,并结合压汞试验进行分析.试验结果表明:随静置时间的增加压实高庙子膨润土的抗拉强度前期减小较多,后期逐渐趋于稳定;在同一含水率下...     

低孔渗储层饱和度模型应用效果对比

低孔渗储层岩石孔隙结构复杂,其饱和度评价一直是测井领域亟待解决的难点问题。研究大庆朝-长地区F油层组储层物性、泥质体积分数、孔隙等,得出该地区F油层组储层具有孔渗低、泥质含量高、微孔隙发育、束缚水饱和度高的储层特征。针对该区储层特征,利用有效介质导电理论,建立有效介质导电模型,并给出改进印度尼西亚方程和改进DOLL方程。分析三种模型及阿尔奇方程的理论特点,并用以计算三口密闭取心井的含水饱和度。对比结果表明,有效介质导电模型考虑因素全,计算的含水饱和度平均相对误差低,适合低孔渗泥质砂岩储层的含油气饱和度评价。     

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.     

轴向压力与强度对铁尾矿砂混凝土抗渗性的影响

采用渗透系数法研究了轴向压力以及强度对铁尾矿砂混凝土抗渗性的影响。研究表明：铁尾矿砂混凝土在轴向压力作用下,其抗渗性并非一直在劣化,而是在荷载水平0．3—0．4时逐渐提高;当荷载水平为0．4时,出现有压状态下的最大值。当荷载水平超过0．5时,铁尾矿砂混凝土抗渗性能开始快速下降。铁尾矿砂混凝土相对渗透系数与强度之间存在明显的线性关系,其抗渗性能随强度的增大而提高。