膨润土性能温度效应研究进展

通过文献调研、资料总结和分析,阐述了温度对膨润土诸多性状的影响.膨润土中孔隙水的化学成分因温度变化而发生改变,温度的增加使膨润土中内水、外水的含量发生改变,从而影响土的水合力大小.以OPHELIE膨润土实验为例,介绍了温度对膨润土内部孔隙大小的影响.此外,还对目前膨润土持水能力与膨胀力的温度效应进行了阐述.     

不同距离计算标准和有效性指标组合方案对节理优势组划分的影响研究

 通过对随机逼近法的扩展,实现不同距离计算标准下的优势组划分,研究不同的距离计算标准和有效性指标组合方案的性能。分析结果表明：欧几里德距离、球面最小弧长和夹角正弦平方均可作为节理优势组划分的距离计算标准,但在不同的距离计算标准下,有效性指标的性能存在明显差异。CH指标仅在球面最小弧长标准下有效;I指标则在欧几里德距离和夹角正弦平方标准下均能给出正确分组结果;DB和XB指标在3种距离计算标准下均可以对优势组数目作出合理的选择。目标函数对分组形式优劣程度的判断与有效性指标的判断存在差异,仅在夹角正弦平方标准下,I指标与目标函数存在良好的一致性。基于分析结果,提出夹角正弦平方距离计算标准和I指标的最优组合方案,实现甘肃北山深部岩体节理产状的优势组划分。     

不同温度及应力状态下北山花岗岩蠕变特征研究

 基于不同温度及应力状态下的蠕变特性试验,结合三维声发射实时监测信息,开展北山花岗岩的蠕变变形特性以及加载条件(温度、围压和应力状态)对其蠕变破坏过程的影响研究。试验结果表明,北山花岗岩的蠕变破坏包括初始蠕变阶段(瞬态蠕变)、稳定蠕变阶段和加速蠕变阶段三个阶段,在加速蠕变过程中裂纹迅速扩展和积聚是导致岩石最终破坏的主要原因。蠕变试验过程中,声发射累计数和岩石蠕变体积应变的演化趋势整体上具有一致性,但声发射信号对岩石变形破坏的敏感性更强。对试验数据综合对比分析显示,花岗岩蠕变破坏变形受围压的影响显著,围压越高,岩石蠕变破坏前所能承受的变形越大。温度和应力水平对蠕变破坏变形影响并不明显,但可以对蠕变速率造成影响,进而改变岩石的蠕变破坏时间。根据试验结果,在围压2,10,30 MPa条件下,北山花岗岩的蠕变破坏轴向应变平均值分别为0.34%,0.54%和0.71%。     

北山地下水氧化还原电势及其对可变价核素迁移的影响

氧化还原电势(Eh)是影响高放废物处置库长期安全性能的重要参数之一。然而,直接测定地下水的Eh值面临较多不确定性因素。北山花岗岩中存在一定量的含铁矿物,由此可能控制地下水中铁的含量。本工作基于北山三号井400m深处的地下水,水中铁质量浓度为0.033mg/L及钻孔岩芯中Fe~(2+)/Fe_(tot)的比值为96.86%条件下,提出了一个推测北山地下水氧化还原电势的可能方法,计算得到北山三号井地下水的Eh=83.2mV。该值与利用针铁矿的沉淀饱和指数估算得到的101.8 mV相接近,但需进一步开展现场的Eh测量工作来验证及比对。依据此Eh,利用PHREEQC程序及OECD/NEA发布的最新热力学数据,并加入MUO_2(CO_3)_3~(2-)和M_2UO_2(CO_3)_3~0(M=Ca、Mg、Sr)的稳定常数,计算了可变价核素U、~(99)Tc、~(79)Se和Np在北山地下水中的形态分布和溶解度。结果表明,U和Tc的溶解度相对较高(约10~(-5)~10~(-4) mol/L),Se的溶解度相对较低(约10~(-8) mol/L),Np的溶解度则极低(约10~(-18) mol/L);此外,溶解态的U、Tc和Se主要以阴离子形式存在,具有较强的迁移性。另一方面,北山花岗岩富含二价铁离子,因此需进一步开展其对可变价核素还原沉淀作用的实验研究,以综合评价处置场的安全性能。     

高放废物地质处置库安全特性研究

高水平放射性废物(简称高放废物)是一种放射性强、毒性大、含有长半衰期核素且发热的特殊废物,对其进行最终处置难度极大,面临一系列的科学、技术、工程及社会学的挑战。高放废物安全处置的核心是,要确保在数万年甚至更长时间内,将高放废物与生物圈进行有效隔离。我国核武器研制和生产过程中,已经积累了一批亟待地质处置的高放废物,急需开展技术研发,并建设处置库对其进行最终地质处置。另外,我国核电站乏燃料后处理产生的高放废物以及某些不宜后处理的乏燃料,也需进行最终地质处置。本文针对高放废物安全处置的要求,对高放废物处置库的工程屏障(玻璃固化体、废物罐、缓冲材料等)和天然屏障(处置库围岩)的安全特性进行了研究,介绍了我国高放废物地质处置库选址、工程屏障和安全评价的进展。     

高放废物处置库的工程设计

 高放废物处置库是一项特殊的岩石地下工程。与一般地下岩石工程相比,处置库具有许多特点,相应的处置库的设计也有别于一般地下岩石工程。总结高放处置库的若干特点,简要介绍瑞典D1阶段处置库地下岩石工程设计的主要内容,设计过程与设计时考虑的因素,初步讨论处置库的功能目标与设计年限、概念设计、总体要求、温度限制、不同围岩中处置库的主要问题、可回取的处置库设计及处置库的建设成本等问题。     

高放废物处置库缓冲材料导热性能研究

 缓冲材料是高放废物深地质处置库中的重要工程屏障,其导热性能参数是高放废物处置系统设计的关键参数之一。利用ISOMET导热仪,研究内蒙古高庙子天然钠基膨润土GMZ01与石英砂和石墨混合材料GMZM不同压实密度和不同含水量样品的导热性能。结果表明,GMZM的导热系数、热容量和热扩散系数随压实密度的增大而显著增大,随着含水量的增大而增大;与GMZ01的导热性能相比,随着压实密度的增大,石英砂和石墨作为添加剂可以明显提高缓冲材料的导热性能和热扩散性能,但对比热没有显著影响。压实干密度大于1.8 g/cm3后,GMZM的导热系数和热扩散系数比GMZ01的导热系数和热扩散系数均提高20%以上。缓冲材料的导热性能与其含水量、干密度、矿物组成和微结构等有关,导热系数随着含水量和干密度的增大而增大,但是导热系数与含水量和压实干密度不具有一致的线性关系。当GMZ01的饱和度大于20%时,不同压实干密度样品的导热系数、比热、热容量、热扩散系数均与饱和度具有线性关系。     

综合钻孔测量技术在导水构造 水文地质特征评价中的应用

 导水构造水文地质特征评价是高放废物地质处置系统场址选取和评价研究的重要任务。钻孔雷达测量可以提供断裂构造在岩体中横向的延展特征。钻孔声波电视测量可以获得钻孔孔壁360°连续图像。从这些图像上可以解译出岩性特征、结构面的走向和相互关系等信息。多参数水化学测井直接获得深部环境地下水水化学数据和垂向变化特征。双栓塞压水试验技术可以分段测量钻孔揭露岩体的渗透参数。任何单一的钻孔测量技术都不能准确、完整地描述导水构造的特征。综合钻孔测量技术将单一的钻孔测量技术有机结合起来,综合分析所获得的数据,既发挥综合效应,各类数据又可以相互验证,提高数据的可靠性。将综合钻孔测量技术应用于高放废物地质处置系统场址预选和评价研究中,以甘肃北山预选区3#(BS03)钻孔为例,建立导水构造的水文地质特征模型。     

超细水泥生产工艺、性能及工程应用研究进展

超细水泥的发明主要是为了解决因普通水泥颗粒粒径较大无法有效注入微细裂缝的难题。超细水泥兼具普通水泥的耐久性好和化学浆材的流动性高的优点，成为水泥基材料由传统材料转向高新技术材料发展的重要开端，在工程中受到广泛使用。本文回顾和总结了近20年来国内外学者对于超细水泥研究所取得的主要进展，对比分析了干磨法和湿磨法制作超细水泥的生产工艺及其优缺点；比较了超细水泥区别于普通水泥的流动性、体积稳定性和力学性能；总结了粉煤灰和矿粉等掺料的加入对超细水泥浆液的性能影响，并在此基础上，对超细水泥在加固和封堵技术中的应用进行了总结，旨在为超细水泥的生产工艺、基本性能以及相关工程应用提供相关参考。     

高放废物地质处置用低pH胶凝材料及其基本性能试验研究

pH值小于11的低pH胶凝材料是高放废物处置库建造所需的关键材料。为支撑我国北山高放废物地质处置地下实验室和未来处置库的建设，本文采用破碎溶出法，研究普通硅酸盐水泥掺入不同矿物掺合料后硬化体pH值的变化规律，得到了低pH胶凝材料的配比。通过渗透、浸泡和极限溶出试验评价了低pH胶凝材料的可靠性，借助X射线衍射和扫描电镜，结合室内试验，测定分析了其水化产物、抗压强度和流变参数，并评估了其对北山地下水环境的影响。结果表明：胶凝材料中CaO/SiO₂(质量比)与硬化体pH值呈线性关系，低pH胶凝材料的基础配比为在普通硅酸盐水泥中掺入40%的硅灰，硬化体渗透水和浸泡水的pH值分别在约28 d和90 d降低至11以下，在万年尺度分解为松散颗粒时的最大pH值约为11.2,满足处置库要求。与普通硅酸盐水泥相比，低pH胶凝材料150 d水化产物中不含氢氧化钙，胶砂体28 d抗压强度更高，但相同水胶比时注浆浆液的黏稠度更大；按照水固比1∶1浸泡硬化体，浸泡水的主要离子浓度变化幅度不大，对北山地下水环境的影响更小。