盐溶液作用下缓冲砌块接缝防渗性能研究

发布时间：2020-06-02 03:59

【摘要】：在高放废物地质处置库的建设与长期运营过程中,膨润土材料的屏障性能在长时间内会发生一定程度的演化,影响因素有很多,如放射线的照射、辐射热产生的温升、地下水的浸泡等。其中,地下水是具有一定盐分的水溶液,这会对缓冲屏障的防渗性能产生一定的影响,造成屏障作用的退化。而缓冲砌块之间的接缝会导致地下水优先从接缝处渗流,地下水中的盐分会影响缓冲砌块接缝部位的愈合程度,因此需要重视地下水对砌块接缝体系的防渗性能影响。本次研究的主要试验材料是高庙子膨润土和石英砂,掺砂率为30%,采用静压法压制成带接缝的圆饼状试样,接缝宽度为2mm,接缝中充填颗粒率为70%的颗粒膨润土,通过刚性壁设备开展渗透试验研究。此次渗透试验中的入渗液为人工模拟甘肃北山地下水溶液,即配制NaCl与Na_2SO_4的质量比例为2:1的溶液,并设置总溶解性固体(TDS)分别为0、0.5、1、2、5、10g/L的一系列溶液进行渗透,目的是探知盐溶液对缓冲砌块接缝体系的防渗效果的影响,渗透试验完成后对试样进行热传导性能测试、微观孔隙以及微观结构的观察对比,评价模拟地下水溶液作用下缓冲砌块密封性能的退化程度。研究表明:渗透试验过程中,试样的入渗速率随入渗液浓度的上升而增大,说明入渗液浓度的提高使试样的渗透性提高。试样入渗速率在渗透初期有一定幅度的波动,后期比较稳定,这是因为入渗液由试样底部流入试样,试样底部优先水化膨胀,前期阶段试样的膨胀不均匀。入渗液的浓度越高,渗出液电导率越大,但始终低于入渗液的电导率,表示部分离子吸附于了试样内。随着入渗液的浓度从TDS=0g/L上升到10g/L,试样的饱和水力传导系数从3×10~(-10)cm/s升高到8.5×10~(-9)cm/s。当入渗液浓度上升至1g/L时,水力传导系数达到1×10~(-9)cm/s,由10~(-10)进入到10~(-9)数量级,当入渗液浓度继续从TDS=1g/L上升至10g/L时,试样的水力传导系数始终在10~(-9)数量级内,说明试样的渗透性随着入渗液浓度上升而增大,防渗性能降低。渗透试验结束后,试样接缝带内的干密度有所增大,非接缝部位的干密度有所减小,说明试样趋向一定程度的愈合。随入渗液浓度升高,试样接缝带的干密度下降,非接缝带部位的干密度总体升高,愈合程度逐渐降低,盐分抑制了接缝体系的愈合。热传导系数随着入渗液浓度增加总体呈减小的趋势,分布范围在1.50-1.97W/(mK)之间。随着入渗液浓度升高,试样接缝带与非接缝部位的热传导系数差距增大,而且接缝带内部的热传导系数方差增大,热稳定性降低。压汞试验表明,当入渗液浓度上升时,孔隙数量增多。电镜观察发现,当入渗液浓度较低时,试样接缝带中的膨润土呈絮状形态,整体排列紧密,水化程度较高。盐分增加使得膨润土的微观形态趋向于颗粒状发展,整体构成较为疏松,接缝带的愈合程度逐渐下降,从微观上解释了防渗性降低的原因。
【图文】：

接缝的存在是不可避免的，可以说块体间的接缝是处置屏障的“先天缺陷”，如图 1-1（b）所示，，它会破坏缓冲结构的完整性，成为地下水潜在优先渗流通道，阻滞辐射热向外有效传递，恶化屏障的工程性能。因此，必须对接缝进行有效的密封。在施工期，在砌块接缝中充填特殊功能的密封材料，可选用膨润土颗粒与膨润土粉末的结合作为接缝的填充材料；在服役期，若地下水接触膨润土，则砌块会发生膨胀，向接缝空间低应力区优先“生长”，在无外界干预的情况下实现接缝的自我修复自我愈合。在地下处置库建造和长期运营过程中，膨润土材料的屏障性能在长时间内会发生一定程度的演化，其中涉及的因素很多，如放射线照射、辐射热产生的温升、地下水的浸泡，硐室衬砌中溶出的碱性胶凝材料等。本文中重点研究的是地下水与缓冲屏障发生的相互作用，而地下水是具有一定盐分的水溶液，会对缓冲屏障性能产生不利影响，造成屏障作用的退化。本研究依托国家自然科学基金项目“高放缓冲砌块接缝的愈合机理及愈合效果评价研究”（项目编号 777000-051160），利用刚性壁渗透设备展开模拟地下水渗流试验，探明地下水对砌块防渗性与接缝愈合的影响，为指导高放缓冲屏障优化设计提供参考。

州大学硕士学位论文 盐溶液作用下缓冲砌块接缝防渗性能研第二章 高放缓冲屏障研究进展人类在使用核能过程中会生成较多的核废料。核废料有很大的危险性：放度高、具有毒性、核素半衰期更久并且释放热，因此最佳的处理方式就是通地质处置将核废料永久隔离于人类的活动区域，确保数千年时间内释放到环的辐射水平低于天然背景[8]，图 2-1 是瑞典的高放废物地质处置的一个示意放废物地质处置已成为我国核能源发展领域亟待解决的重大科学技术课题。针对高放射性废料的地质处置工作于 1985 年启动。2007 年，国务院颁布了核能源的发展计划，至 2020 年核能发电在整个发电量中达到 4%，届时产生射性废物总量会增至 2000t，往后的一年时间大概会生成 1000t 放射性废物
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL942

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本文编号：2692572