碱热老化作用对膨润土-砂混合物膨胀及渗透性能演化研究

发布时间：2020-09-24 16:10

　　高放核废料深地质处置工程中,向膨润土中掺入一定比例石英砂可有助于改善缓冲材料的透气性、热传导性和可施工性,目前缓冲材料研究的时间尺度相对较短,有必要对长时间尺度下多因素耦合作用的混合缓冲/回填材料的膨胀及渗透性能演化研究。本文针对缓冲材料复杂的化学-热耦合环境,搭建了模拟处置库的环境并加速老化的平台。随着老化时间、老化温度的增加,膨润土的液塑限、塑性指数及自由膨胀率随之降低,主要矿物成分没有发生改变,蒙脱石质量百分数逐渐降低到61.2%。膨润土-砂混合物的物理、力学及渗透性能是评价混合缓冲材料的重要参数。设计掺砂率不同、含水率和干密度相同的静力压实的混合物试样,通过三轴压缩、膨胀力及渗透试验表明:随着围压的增大,混合物的抗剪强度也提高,应力-位移曲线由应变软化型转变成应变硬化型;掺砂率为0%~50%且围压0~1.2MPa时,随着掺砂率的提高,由应变软化型过渡到应变硬化型;混合物的最大膨胀力随掺砂率呈指数降低;掺砂率在0%~50%时,混合物的渗透系数和掺砂率呈线性关系,渗透系数增加1~2个数量级。采用模糊理论对不同比例膨润土-砂混合物的缓冲性能综合评价确定最优掺砂率30%。膨润土-砂混合物的长期稳定性是缓冲层设计的重要因素,通过试验获得最优掺砂率和干密度的混合物在不同老化时长和不同老化温度所对应的膨胀力及渗透系数。混合物的渗透系数和膨胀力随老化时间、老化温度增加而降低,渗透系数的数量级在10~(-13)~10~(-12)m/s。按Arrhenius定律对温度和时间换算,拟合了最优干密度和掺砂率状态下混合物的竖向最大膨胀力、渗透系数与的时间的函数,在10000年的安全要求下,渗透系数满足要求,与纯膨润土相比,竖向最大膨胀力由4.27MPa下降到1.39MPa。
【学位单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TL942.1
【部分图文】：

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