高庙子膨润土的土水特征曲线

近年来，用于高放废物深地质处置工程屏障的高压密膨润土越来越受到关注。经过全国范围内的比较和筛选，内蒙古兴和县高庙子膨润土矿床被确定为我国高放废物处置库缓冲材料的首选矿床。采用渗析法和水汽平衡法来控制吸力技术，通过上水特征曲线测定试验、环境扫描电镜和乐汞试验，研究高庙子高压密膨润土在不同吸力下的持水特性及其微观结构特征。利用压汞试验结果推算膨润土在恒体积条件下的土水特征曲线，并与实测数据进行比较。研究结果表明：在不同吸力作用下，膨润土的持水特性与其微观结构之间有着密切关系。     

侧限状态下高压实高庙子膨润土非饱和渗透性的试验研究

高放废弃物深地质处置库中,由高压实膨润土形成的人工屏障,起着阻障围岩中地下水渗入内库并引起核素迁移以及库内高放废物的辐射扩散的作用。因此,有必要研究侧限状态下高压实膨润土的非饱和渗透性能。采用瞬时截面法试验研究了侧限状态下高压实高庙子膨润土的非饱和渗透特性。结果表明:侧限状态下,干密度为1.7g/cm3的高压实高庙子膨润土的非饱和渗透系数,数值为1.13×10-13～8.41×10-15m/s,且与土中吸力呈非单一增减关系。当土中吸力约为68MPa时,非饱和渗透系数最小;吸力大于68MPa时,其非饱和渗透系数随着吸力的增加而增加;而当吸力小于68MPa时,非饱和渗透系数随着土中吸力的增加而减小。     

非饱和高压实膨润土水化的数值模拟

高压实膨润土是核废料处置的首选缓冲回填材料.使用Code_Bright软件对侧限条件下高压实膨润土的室内注水试验进行了数值模拟.数值模型中的非饱和渗流特性参数即土-水特征曲线参数由室内试验确定.数值模型中使用的膨润土非饱和弹塑性本构模型参数由膨润土的常规非饱和三轴力学模型试验得到.数值模拟结果和实测结果的比较可以反分析出膨润土的固有渗透系数.对数值模型的研究有助于加深对膨润土非饱和渗流特性的认识.数值模型计算得到的吸力分布和实测结果基本吻合.     

非饱和高压实膨润土水化的数值模拟

高压实膨润土是核废料处置的首选缓冲回填材料。使用Code—Bright软件对侧限条件下高压实膨润土的室内注水试验进行了数值模拟。数值模型中的非饱和渗流特性参数即土一水特征曲线参数由室内试验确定。数值模型中使用的膨润土非饱和弹塑性本构模型参数由膨润土的常规非饱和三轴力学模型试验得到。数值模拟结果和实测结果的比较可以反分析出膨润土的固有渗透系数。对数值模型的研究有助于加深对膨润土非饱和渗流特性的认识。数值模型计算得到的吸力分布和实测结果基本吻合。     

考虑微观结构的非饱和渗透系数计算公式

分维理论是预测非饱和渗透系数的一种常用方法.在对有侧限条件下高庙子膨润土的非饱和渗透系数的试验结果分析后,发现分维理论并不适用,其缺陷在于不能够反映膨润土这种特殊粘土在水化过程中的微观结构变化.因为膨润土是一种纳米材料,其小孔隙和大孔隙分布在水化过程中都会发生变化,而一般性粘土和砂土没有这种特殊的物理化学特性.结合Kozeny-Carman关于多孔介质的半经验公式,提出了半经验-半理论的考虑微结构的膨润土的非饱和渗透系数计算公式.在对高庙子膨润土的扫描电镜试验和压汞试验资料分析的基础上,定性验证了所提出公式的正确性.     

约束状态对高庙子膨润土的水力学特性的影响

在我国核废料深地质处置中,高庙子膨润土作为首选缓冲回填材料,起着阻隔核素迁移的作用。高压密膨润土填充于核废料包装罐与围岩之间,在水化初期和水化后期分别处于自由膨胀和侧限状态。因此,认识其在这两种约束状态下的水力学特性是十分重要的。为了加深对高庙子膨润土水力学特性的认识,对其分别进行了自由膨胀和侧限状态下的土水特征测定试验、微观结构测定试验和非饱和渗透系数测定试验。最后在以上试验结果的基础上,分析了约束状态的不同对高庙子膨润土水力学特性的影响。     

高庙子膨润土的土水特征曲线与渗透系数

在土水特征测定试验的基础上,分析了历史上提出的各种模拟土水特征曲线的方程与试验结果的拟合程度.在非饱和渗透系数试验结果的基础上,分析了由分维理论得到的非饱和渗透系数模拟方程与试验结果的拟合程度.得出以下结论:Fredlund and Xing土水特征曲线方程对于试验结果有较好的模拟效果;Brooks和Corey土水特征曲线方程与试验结果的曲线形状更为接近,但在模拟接近309MPa的吸力段的土水曲线时与试验结果有偏差.分维理论的修正公式能更好模拟非饱和渗透系数.     

高压实高庙子膨润土GMZ01的膨胀力特征

 高放废物深地质处置中，缓冲/回填材料系统起着工程屏障、水力学屏障、化学屏障、传导和散失放射性废物衰变热等重要作用，是高放废物地质处置库长期安全性和稳定性的有效保障。前人研究表明，膨润土是理想的缓冲/回填材料。在归纳总结压实膨润土膨胀力的室内试验研究成果的基础上，采用恒体积试验法研究高压实高庙子膨润土GMZ01的膨胀力特性，该膨润土已经被确定为我国高放废物地质处置库首选缓冲材料。结果表明，高压实高庙子膨润土GMZ01膨胀力随时间的变化曲线是一条渐近线，而时间/膨胀力与时间之间存在很好的线性关系；膨胀力发展过程曲线与吸水量曲线具有明显的阶段性特征；高压实高庙子膨润土的膨胀力和干密度之间存在指数关系，干密度是影响膨胀力的一项重要的因素。所取得的膨胀力特性成果，对于高庙子膨润土膨胀性能的正确判定具有非常重要的意义。     

由土–水特征曲线预测上海非饱和软土渗透系数

在分析总结由土–水特征曲线预测非饱和土渗透系数方法的基础上,根据Childs和Collis-George(1950)利用充水孔隙空间形状提出的、并经多次修改的预测渗透系数模型,预测了上海非饱和软土的相对渗透系数。上海非饱和软土渗透性参数随吸力(含水率)变化呈现非线性变化,吸力增加(含水率降低)渗透性快速降低。对不同粒径的上海非饱和软土层,在减饱和初期(低吸力阶段),土体中骨架颗粒大小对渗透性影响不大;但随着减饱和过程的进行,大骨架颗粒的土体的渗透性衰减速率大于小颗粒土体;而减饱和后期,这种衰减速率上的差异又趋于不明显。这一衰减特征主要与参与减饱和的土中水的赋存状态有关。