膨润土缓冲回填材料干裂特性及缩裂机制研究
发布时间：2021-06-24 09:59
高放废物是一种含有强放射性核素的特殊废物,它具有毒性大、核素半衰期长、发热量大的特点,需要与人类生存环境长期有效的隔离。高放废物的处置难度极大,目前认为最可行的处置方案是将高放废物在地下深埋,称为深部地质处置法。深埋高放废物的地下工程称为地质处置库。缓冲回填材料是阻滞高放废物中的放射性核素向人类生存环境迁移的最主要工程屏障。近二十多年来,国内对缓冲回填材料的选择进行了大量的研究工作。高压实的膨润土具有优越的吸附性能、膨胀自愈性能以及防渗性能,被确定为理想的缓冲回填材料。但是,纯膨润土材料热传导性低、可施工性差以及造价高。较差的热传导性不利于纯膨润土将核素衰变产生的热量及时的散发到处置库围岩,导致缓冲层温度超过100oC,而液态水汽化会产生过大的水汽压力从而破坏缓冲层结构;温度过高还可能改变膨润土性质以及产生干缩裂缝。纯膨润土塑性过高,加水制样过程中“团粒化”及不均匀湿化现象非常明显,土的可调理性差,高压实的膨润土材料不易获取。膨润土中添加一定量的石英砂,材料干密度提高,既能满足吸附性能、膨胀愈性能与防渗性能,又能改善热传导性能、提高力学强度、优化回填设计与施工性能...
【文章来源】：中国地质大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
样品干燥收缩阶段
不同进一步划分为结构性收缩阶段、正常收缩阶段、残余收缩阶段以及零收缩阶段四个不同的阶段，其具体曲线分布情况如图 1.3 所示。其中，结构收缩阶段中，土壤颗粒团聚体受到外部环境的影响而失水收缩，其中的孔隙进一步缩小，从而使得团聚体之间的空间进一步减少；在正常收缩阶段，失水程度等于收缩提及，内部孔隙饱和水 Sr=1，k= 1，不过只有在低密度、弱结构性糊状样品中存在[30-32]，而在那些初始孔隙比较小的压实土样中，正常收缩阶段的斜率一般小于 1[33]；残余收缩阶段，随着团聚体孔隙逐渐为气体所填满，因此收缩体积远低于失水提及，曲线呈现出明显的下凹形态；零收缩阶段中，土体的孔隙比为某一定值，在外界条件恒定情况下，土体体积不随含水率的降低而变化，失水体积等于进入孔隙的空气体积。
中国地质大学学位论文7颗粒连接力；部分文献资料中将这种状态称之为恒定饱和阶段[35]，水分蒸发水平的提升促使吸力的进一步增长。进气值吸力水平和吸力水平相等之后，孔隙里封闭气相体积增加，不同试样对应的饱和度各不相同，但一般在88%-100%之间[36]，而针对这一课题，在Brooks等人所方便的伦恩中，通过实验室试验的方式，提出了吸力-饱和度曲线，计算出达到进气值状态下，饱和度的具体参数[37]。1.2.5干燥收缩机理土体由为气（空气）、液（自由水和结合水）、固（土颗粒）三相组成，土体在干燥过程中孔隙中水分的散失会组成土颗粒排列更加紧密而发体积收缩变形，其变形特性与含水率及黏土矿物性质有关。目前，关于土体干燥收缩机理的研究，一般认为是由土体孔隙的毛细水改变引起的。当Sr<1时，液态水的存在形式为圆弧形，表现出表面张力。如图1.4所示，土颗粒间液态水表层水分子受力不均产生表面张力[38]，达到平衡状态，不过由于内部水分子的吸引力而出现受力不均衡，因此，液态水表面产生张力可使水分子达到平衡状态。图1.4土颗粒间水分子间作用力示意图图1.5为收缩膜受力情况，孔隙水压力uw和垂直方向上的空气压力ua的共同作用，机制的吸力s就是两者的差值。膜表面切线方向上的表面张力为TS，收缩膜的曲率半径为RS，所以有：sswaRTuus==(1.1)
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国核能产业的新时代发展战略[J]. 樊柳言,安娴. 能源. 2019(09)
[2]基于情景的世界能源展望归纳研究（2019）[J]. 李江涛,张春成,翁玉艳,单葆国. 能源. 2019(08)
[3]红黏土工程性状的干湿循环效应试验研究[J]. 穆坤,孔令伟,张先伟,尹松. 岩土力学. 2016(08)
[4]膨胀土收缩性质的试验研究[J]. 汪贤恩,谭晓慧,辛志宇,徐全,谢妍. 岩土工程学报. 2015(S2)
[5]土体抗拉张力学特性研究进展[J]. 汤连生,桑海涛,罗珍贵,孙银磊. 地球科学进展. 2015(03)
[6]土工直接拉伸试验装置的研制及应用[J]. 张绪涛,张强勇,高强,向文,王超,袁圣渤. 岩土工程学报. 2014(07)
[7]盐溶液饱和高庙子膨润土膨胀特性及预测[J]. 孙德安,张龙. 岩土力学. 2013(10)
[8]南水北调中线膨胀土/岩微观特征及其性质研究[J]. 戴张俊,陈善雄,罗红明,陆定杰. 岩土工程学报. 2013(05)
[9]碱溶液对GMZ膨润土膨胀性和渗透性的影响[J]. 陈宝,张会新,陈萍. 中南大学学报(自然科学版). 2013(02)
[10]膨胀土收缩开裂过程及其温度效应[J]. 唐朝生,崔玉军,Anh-minh Tang,施斌. 岩土工程学报. 2012(12)
博士论文
[1]黏土水合机制及离子固化剂改性机理研究[D]. 黄伟.中国地质大学 2018
[2]混合型缓冲回填材料非饱和特性试验研究[D]. 张明.兰州大学 2013
[3]土建筑遗址表部干缩开裂机制研究[D]. 刘平.兰州大学 2009
硕士论文
[1]非饱和压实黄土毛细水迁移规律试验研究[D]. 姜璐莎.兰州大学 2019
[2]干湿循环作用下红黏土的变形和强度特性研究[D]. 龚琰.湖南科技大学 2015
[3]击实黏土抗拉强度研究[D]. 陈梦芸.南京大学 2014
[4]压实粘土拉伸特性试验研究[D]. 魏瑞.清华大学 2007
[5]非饱和土土—水特征曲线的研究[D]. 胡波.武汉大学 2005
本文编号：3246880
【文章来源】：中国地质大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
样品干燥收缩阶段
不同进一步划分为结构性收缩阶段、正常收缩阶段、残余收缩阶段以及零收缩阶段四个不同的阶段，其具体曲线分布情况如图 1.3 所示。其中，结构收缩阶段中，土壤颗粒团聚体受到外部环境的影响而失水收缩，其中的孔隙进一步缩小，从而使得团聚体之间的空间进一步减少；在正常收缩阶段，失水程度等于收缩提及，内部孔隙饱和水 Sr=1，k= 1，不过只有在低密度、弱结构性糊状样品中存在[30-32]，而在那些初始孔隙比较小的压实土样中，正常收缩阶段的斜率一般小于 1[33]；残余收缩阶段，随着团聚体孔隙逐渐为气体所填满，因此收缩体积远低于失水提及，曲线呈现出明显的下凹形态；零收缩阶段中，土体的孔隙比为某一定值，在外界条件恒定情况下，土体体积不随含水率的降低而变化，失水体积等于进入孔隙的空气体积。
中国地质大学学位论文7颗粒连接力；部分文献资料中将这种状态称之为恒定饱和阶段[35]，水分蒸发水平的提升促使吸力的进一步增长。进气值吸力水平和吸力水平相等之后，孔隙里封闭气相体积增加，不同试样对应的饱和度各不相同，但一般在88%-100%之间[36]，而针对这一课题，在Brooks等人所方便的伦恩中，通过实验室试验的方式，提出了吸力-饱和度曲线，计算出达到进气值状态下，饱和度的具体参数[37]。1.2.5干燥收缩机理土体由为气（空气）、液（自由水和结合水）、固（土颗粒）三相组成，土体在干燥过程中孔隙中水分的散失会组成土颗粒排列更加紧密而发体积收缩变形，其变形特性与含水率及黏土矿物性质有关。目前，关于土体干燥收缩机理的研究，一般认为是由土体孔隙的毛细水改变引起的。当Sr<1时，液态水的存在形式为圆弧形，表现出表面张力。如图1.4所示，土颗粒间液态水表层水分子受力不均产生表面张力[38]，达到平衡状态，不过由于内部水分子的吸引力而出现受力不均衡，因此，液态水表面产生张力可使水分子达到平衡状态。图1.4土颗粒间水分子间作用力示意图图1.5为收缩膜受力情况，孔隙水压力uw和垂直方向上的空气压力ua的共同作用，机制的吸力s就是两者的差值。膜表面切线方向上的表面张力为TS，收缩膜的曲率半径为RS，所以有：sswaRTuus==(1.1)
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国核能产业的新时代发展战略[J]. 樊柳言,安娴. 能源. 2019(09)
[2]基于情景的世界能源展望归纳研究（2019）[J]. 李江涛,张春成,翁玉艳,单葆国. 能源. 2019(08)
[3]红黏土工程性状的干湿循环效应试验研究[J]. 穆坤,孔令伟,张先伟,尹松. 岩土力学. 2016(08)
[4]膨胀土收缩性质的试验研究[J]. 汪贤恩,谭晓慧,辛志宇,徐全,谢妍. 岩土工程学报. 2015(S2)
[5]土体抗拉张力学特性研究进展[J]. 汤连生,桑海涛,罗珍贵,孙银磊. 地球科学进展. 2015(03)
[6]土工直接拉伸试验装置的研制及应用[J]. 张绪涛,张强勇,高强,向文,王超,袁圣渤. 岩土工程学报. 2014(07)
[7]盐溶液饱和高庙子膨润土膨胀特性及预测[J]. 孙德安,张龙. 岩土力学. 2013(10)
[8]南水北调中线膨胀土/岩微观特征及其性质研究[J]. 戴张俊,陈善雄,罗红明,陆定杰. 岩土工程学报. 2013(05)
[9]碱溶液对GMZ膨润土膨胀性和渗透性的影响[J]. 陈宝,张会新,陈萍. 中南大学学报(自然科学版). 2013(02)
[10]膨胀土收缩开裂过程及其温度效应[J]. 唐朝生,崔玉军,Anh-minh Tang,施斌. 岩土工程学报. 2012(12)
博士论文
[1]黏土水合机制及离子固化剂改性机理研究[D]. 黄伟.中国地质大学 2018
[2]混合型缓冲回填材料非饱和特性试验研究[D]. 张明.兰州大学 2013
[3]土建筑遗址表部干缩开裂机制研究[D]. 刘平.兰州大学 2009
硕士论文
[1]非饱和压实黄土毛细水迁移规律试验研究[D]. 姜璐莎.兰州大学 2019
[2]干湿循环作用下红黏土的变形和强度特性研究[D]. 龚琰.湖南科技大学 2015
[3]击实黏土抗拉强度研究[D]. 陈梦芸.南京大学 2014
[4]压实粘土拉伸特性试验研究[D]. 魏瑞.清华大学 2007
[5]非饱和土土—水特征曲线的研究[D]. 胡波.武汉大学 2005
本文编号：3246880
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