圆饼状高压实膨润土膨胀力各向异性特征研究

针对作为我国缓冲/回填材料的高压实高庙子膨润土,采用自主研制的膨胀力-渗透性一体化测试仪器开展膨胀力试验,分别测定圆饼状试样的轴向膨胀力和径向膨胀力发展规律,研究试样初始干密度、初始吸力和尺寸效应对其膨胀力各向异性特征的影响。试验结果显示,轴向膨胀力和径向膨胀力均随着试样初始干密度的增加呈指数增大,膨胀力各向异性特征愈加显著。轴向膨胀力和径向膨胀力均随着试样初始吸力的增加而呈减小趋势;相同初始吸力条件下,径向膨胀力均大于轴向膨胀力,但是膨胀力各向异性系数随着初始吸力增大而不断减小。试样尺寸对膨胀力有显著影响,增加试样高度,轴向膨胀力不断增加,径向膨胀力增加到某一数值后不再随高度增加,膨胀力各向异性系数随着试样高度的增加逐渐减小。最后,基于膨润土膨胀机理、压实效应和尺寸效应,分析了膨胀力各向异性特征的形成机理。     

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。     

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.     

考虑压实度时的土水特征曲线和温度对吸力的影响

取甘肃平定高速路堤黄土,采用张力计量测不同压实度、不同含水率下土样基质吸力随温度的变化;取重庆绕城高速路堤黏土,采用压力板仪量测不同压实度下,土样的土水特征曲线（SWCCs）。试验结果表明：①相同压实度和含水率条件下,基质吸力随温度的升高,近似线性降低;②相同压实度和温度下,随着含水率升高,基质吸力降低;③相同温度和含水率条件下,压实度对SWCCs的影响主要体现在曲线的中段,且压实度越高,影响越大,而在吸力较高段和含水率较高段,压实度对基质吸力的影响很小;④根据不同压实度下重庆黏土的SWCCs,提出了包含压实度的SWCCs直线段的线性表达式,与陈正汉等采用甘肃压实黄土得到表达式相似。     

自由膨胀条件下高压实砂–膨润土混合物非饱和渗透特征

选择合适的配合比,使得膨润土–石英砂混合物在增加导热性能和强度的同时,又能满足渗透性要求并维持适当的膨胀力,是混合型缓冲/回填材料研究的关键。采用瞬时截面法,通过试验研究了干密度1.9 g/cm³、配合比为7∶3的高庙子膨润土–石英砂混合物的非饱和渗透特性。结果表明,所测非饱和渗透系数主要集中在2.1×10^-15～1.0×10^-13 m/s,且趋势上随吸力的增大而减小但变化较为平缓;与自由膨胀条件下、纯膨润土试样的非饱和渗透系数相比,混合物渗透系数稍有增大,但变化幅度不太明显。石英砂的加入,改善了混合物的导热性能,且仍然基本符合缓冲/回填材料的低渗透性要求。     

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。     

双孔隙压实膨润土的细观导热模型

压实膨润土导热系数是评价核废料处置库散热安全以及计算温度场分布的关键指标,准确预测不同条件下压实膨润土导热系数对于处置库的安全设计具有重要意义.数值模拟是预测土体导热系数的有效途径之一,然而,由于压实膨润土双孔隙结构的复杂性,基于细观数值模拟的压实膨润土导热模型较少.建立了一种适用于双孔隙压实膨润土导热系数的细观模型,...     

基于膨润土微观结构确定土水特征曲线的残余含水率

根据蒙脱石层间水化微观结构,建立了蒙脱石水化后的含水率计算公式,并认为蒙脱石发生第1层水化时的含水率即为残余含水率。用4种膨润土土水特征曲线试验数据,分析探讨了考虑不同初始干密度和同一初始干密度下不同温度环境等因素对膨润土土水特征曲线的残余含水率影响。研究结果表明,膨润土的残余含水率与膨润土的比表面积、水膜厚度以及水膜密度成正比,而与膨润土的初始干密度和温度无关。通过实测和计算残余含水率比较,验证了该公式的合理性。     

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。     

膨润土吸湿过程中膨胀力演化及水分分布特征

压实膨润土被广泛地用作密封阻隔材料,其膨胀力变化对于工程设计十分重要。采用蒸汽平衡法控制吸力,研究增湿过程中的膨胀力变化规律,并采用核磁共振（NMR）和X射线衍射（XRD）技术,分析吸湿过程中土体水分分布状态与宏观膨胀行为的关联机制。结果表明,在控制湿度条件下,随着吸力降低,膨胀力先线性增加后稍稍降低;当吸力超过21.8 MPa后,不同干密度试样的含水率基本一致,在低吸力段,含水率随干密度降低而增加;吸湿过程中膨润土矿物晶层间逐层吸水,形成不超过2层水分子厚度吸附水;利用T2分布曲线计算了不同干密度试样的吸附水和毛细水含量,发现膨润土中主要为吸附水,存在少量毛细水（<5%）。分析认为,在吸湿过程中,水分首先吸附到层间区域,膨胀力线性增加,当形成少量毛细水后,颗粒滑移导致膨胀力降低。即,膨胀力的演化在高吸力下受层间水合作用控制,在低吸力下受孔隙结构变化影响。     

填土含水率对压缩特性的影响试验分析

对镇江市蛋山堆山工程填土进行力学试验,得到了压实填土孔隙比和含水率的关系。当含水率高于最优含水率时,填土压实度低,填土含水率越接近最佳含水率土体越易被压实。     

膨润土表面分维的试验确定

压实膨润土因其膨胀特性被用作高放射性核废料深地质处置工程的缓冲材料,膨润土的膨胀特性与其表面特性有关。对原始膨润土粉末以及被不同浓度的NaCl溶液浸泡过的膨润土进行N₂分子吸附实验,测得N₂吸附等温线,对吸附等温线采用Frenkel-Halsey-Hill(FHH)方程和Neimark热力学方法计算表面分维,计算结果表明,采用两种方法计算的表面分维基本相同。膨润土的表面性质受NaCl溶液浓度的影响较大,表面分维随NaCl浓度的增加呈现出先增大后减小的趋势,这是由于浓度不同膨润土表面吸附的Na⁺量不同所引起的。     

底层大采高综放全厚开采20 m特厚中硬煤层的物理模拟研究

根据酸刺沟煤矿6-1^#煤层的赋存条件，运用1：30的大比例物理模拟试验，研究底层4．5m大采高综放全厚开采20m特厚煤层顶煤和项板垮落特征、采空区垮落矸石的碎胀特性和堆积角、支架的工作阻力、煤炭回收率以及煤壁前方支承压力作用特征等。研究结果表明：（1）底层大采高综放全厚开采20m特厚中硬煤层，在技术上是可行的。（2）根据项煤、顶板垮落特征，工作面的开采过程可分为初采阶段、过渡阶段和正常放煤阶段。在初采与过渡阶段，煤炭回收率n随工作面推进距离L的增加呈对数规律提高。（3）进入正常放煤后，项煤放出率可以达到70％，工作面采出率可以达到75％。项煤放出率随顶板岩梁的垮落呈周期性变化。（4）在支架后方会出现大厚度顶煤悬伸，顶板周期性垮落时会发生大高度切项现象，要求支架有足够的抵抗项煤、顶板断裂产生的向后旋转作用力。（5）为确保安全和项煤及时垮落，应实施预爆破或预注水弱化顶煤措施。     

基于夏热冬冷地区墙体内保温热湿耦合特性研究

为了研究内保温墙体内部的温度和水蒸气分压力分布,分析出内保温墙体系统内部的结露点。通过建立内保温墙体数学模型,利用解析计算的方法计算出在稳态条件下离心玻璃棉和聚氨酯保温板(PU板)内保温墙体系统内部节点的温湿度,研究了内保温墙体模型内的温度和水蒸气分压力分布曲线;分析出结露点主要发生在保温材料与混凝土砌块界面处;通过实验验证了结论的正确性,且得出离心玻璃棉比PU板更容易结露。为工程设计提供参考依据。     

高压发生器出口溶液浓度的监测和控制

通过对采用串闻联流程的双效溴化锂吸收式制冷机实验数据的分析,得出了高压发生器出口溶液浓度和出口温度,露点温度的关联式,该式在58％－65％浓度范围内和实验数据吻合良好,平均相对误差为0．4％,最大拟合误差小于1．0％,为溴冷机高压发生器出口溶液浓度的自动监测和控制提供了一定的理论依据。     

高配筋率钢筋混凝土结构在反应堆压力容器上的应用与计算分析

反应堆压力容器是核电站的"心脏",也是核安全的根本保障,它普遍由钢制和预应力混凝土构成,本文主要介绍高配筋率钢筋混凝土结构组成的核反应堆压力容器,并对其在高温高压下进行理论计算分析和有限元计算分析,通过与试验数据的对比,论证计算数据的可靠性。本文为掌握高配筋率钢筋混凝土结构在核反应堆压力容器的运用提供可靠数据依据,为核安全提供更多、更安全的有力保障。     

Gas transport parameters of differently compacted granulated bentonite mixtures (GBMs) under air-dried conditions

Granulated bentonite mixtures (GBMs) have been regarded as effective buffer materials in the deep geological disposal of radioactive waste due to their operational advantages, such as ease of transportation and in-situ placement/backfilling. Many studies have been done to characterize the hydraulic and thermal properties of GBMs as well as their swelling properties. Only limited studies, however, have investigated their gas transport properties, even though these properties affect their compactness during in-situ placement/backfilling and subsequent gas diffusion and advection in the buffer zone. The aim of this study is to understand the gas transport parameters, i.e., air permeability (k_a) and gas diffusivity (D_p/D_o), of tested samples compacted at different dry densities (DDs) under air-dried conditions, linking them with the measured density distribution characteristics determined by microfocus X-ray computed tomography (MFXCT) analysis. Two types of GBMs were used in this study: 1) FE-GBM (prepared from National Standard® bentonite, Wyoming, USA): this material was used in the Full-scale Emplacement (FE) experiment at the Mont Terri rock laboratory, Switzerland) and 2) OK-GBM (prepared from a bentonite, originating from Japan, with the trade name of OK bentonite, Kunimine Industries). The tested samples were firstly packed in a 100-cm³ acrylic core with different DDs, ranging from loose to dense (1.09 to 1.75 g/cm³), and scanned by MFXCT. The weighting factors, w_f (fine fraction; lower density) and w_c (coarse fraction; higher density) (w_f + w_c = 1), were determined after the peak separation of the measured CT brightness histograms from the reconstructed three-dimensional multiplanar reconstruction (MPR) images of the MFXCT analysis. The measured k_a and D_p/D_o were highly dependent on the DDs, the k_a (?) values fitted well with a power law model, and the D_p/D_o (?) was predicted accurately by several previously proposed models. For both FE-GBM and OK-GBM, there were good linear relationships between the gas transport parameters and w_c × DD, implying that the weight of the coarse fraction controlled k_a and D_p/D_o. Moreover, the Kozeny-Carman model, incorporating the measured volumetric surfaces from the MFXCT analysis, was able to predict the k_a values well.