混合型缓冲材料抗压强度研究

发布时间：2020-10-15 10:28

　　 高放废物深地质处置基于一套独特的多重屏障体系,这套多重屏障体系由工程屏障(废物罐和缓冲回填材料)和天然屏障(围岩)所组成。缓冲材料是介于废物处置罐和天然围岩之间的一道工程屏障,起到缓冲围岩压力、阻隔地下渗流和传导辐射热等重要作用。压实膨润土具有低渗透性和膨胀自愈性等优点,成为国际上首选的缓冲材料。通过添加适量的石英砂,在保证纯膨润土优良性能的同时还能提高缓冲材料的导热性。缓冲材料主要以压实砌块拼砌的方法进行施工。在高放废物地下处置库运行过程中,以砌块形式堆砌而成的缓冲材料,会受到较大的竖向荷载作用,产生压缩变形甚至发生破坏,这将严重影响缓冲材料的工程屏障作用。为了系统地表征缓冲材料的力学性能,保证处置库在运行过程中的安全性和稳定性,需要对缓冲材料的抗压强度进行深入研究。制备了不同压实干密度、含水率和掺砂率的高压实膨润土-砂混合物小试样和大尺寸压实缓冲砌块。通过试验测定不同小试样的抗压强度,分析试样的变形破坏和抗压强度随压实干密度、掺砂率和含水率的变化规律。结合微观结构试验和已有研究成果,来分析压实干密度、掺砂率和含水率对膨润土-砂混合物的强度影响机制。对缓冲砌块进行分割取样,测定砌块不同部位的抗压强度和压实干密度,探究砌块抗压强度和压实干密度的空间分布规律,分析砌块的均匀性质。小试样抗压试验的结果表明:在试验所控制的压实干密度、掺砂率和含水率范围内,所有压实膨润土-砂混合物试样的破坏在形态上均表现为沿压缩方向的劈裂,试样的破坏形式为拉张破坏;应力应变曲线均为应变软化型,存在明显的应力降;随着压实干密度的增大、含水率的减小和掺砂率的减小,试样的抗压强度在增大;当压实干密度大于1.8g/cm~3,掺砂率小于30%,含水率小于12%时,压实膨润土-砂混合物的抗压强度大于3.30MPa。强度影响机制的分析结果表明:在微观上,试样的抗压强度受颗粒孔径分布以及材料粘聚力的影响,二者分别受压实干密度以及含水率控制,随着压实干密度的增大,颗粒间大孔隙减少,材料更加密实,抗压强度增大;随着含水率的增大,粘聚力逐渐降低,抗压强度随之下降。基于有效粘土密度和有效含水率的概念,分析了掺砂率对试样抗压强度的影响,并提出粘土-水有效密度?_(bw)的概念。膨润土-砂混合物的抗压强度能以粘土-水有效密度?_(bw)作为单一变量来表示,试样抗压强度表达式是以?_(bw)为底的幂函数。大砌块抗压试验的结果表明:膨润土-砂混合物压实砌块不同部位的抗压强度值存在差异,但总体上接近小试样的抗压强度,砌块整体的均匀性较好;在高度(Z)方向上,砌块的抗压强度与压实干密度有很好的对应关系,压实干密度大的部位,抗压强度也大;由于膨胀回弹,在高度(Z)方向上,砌块上部(Z_1)的抗压强度值总体小于砌块下部(Z_2)的抗压强度值,压实干密度也有着同样的变化规律。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TL942
【部分图文】：

论文结构图

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本文编号：2842055