高庙子膨润土热膨胀特性试验研究

采用DIL806热膨胀仪,通过室内试验系统研究了不同影响因素对高庙子压实膨润土样品热膨胀性能的影响,获得了膨润土样品热膨胀系数随干密度、升温速率、含水率和环境气氛等条件的变化规律.试验结果表明:膨润土样品的热膨胀系数随着干密度的增大而增大;样品热膨胀系数随初始含水率的升高而降低;高含水率的膨润土样品,其热膨胀系数随升温...     

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。     

高庙子膨润土及其混合材料导热性能研究

导热性能是高放废物地质处置库缓冲/回填材料的重要性能之一。采用瞬变平面热源法,研究了我国高放废物地质处置首选缓冲/回填材料高庙子膨润土,及以其为主料,添加不同含量石英砂、北山花岗岩碎屑组成的混合材料的导热性能。分析了添加剂种类和含量、干密度、饱和度等因素对导热系数的影响。研究结果表明:高庙子膨润土及其混合材料的导热系数、热扩散系数都随干密度和含水量的增大而增大;石英砂、北山花岗岩碎屑能够不同程度提高膨润土的导热系数,石英砂的作用优于北山花岗岩碎屑;饱和度对添加剂发挥其提高缓冲/回填材料导热性能的作用影响明显,饱和度越高,添加剂的作用越显著。     

高吸力下高庙子钙基膨润土的土水-力学特性

高庙子钙基膨润土具有明显的湿胀干缩特性,吸力变化会引起持水状态和孔隙比的变化。用蒸汽平衡法测得高吸力段（3～287 MPa）高庙子钙基膨润土的土水特性和变形特性。分析比较了吸力路径、试样初始孔隙比、应力加载历史以及土体结构对土水特性、变形及吸力应力的影响。研究表明,脱湿和吸湿过程中孔隙比的差异会引起体积含水率和饱和度的滞回。饱和度与吸力间关系受试样初始孔隙比和孔隙结构影响较大,与应力加载历史无直接关系。由吸力引起的吸力应力随吸力的增大而非线性增大,并在较高吸力时趋向于一定值。吸力应力受吸力路径、初始孔隙比以及孔隙结构的影响。     

盐溶液饱和高庙子膨润土的强度特性

膨润土因具有高膨胀性、低渗透性、优良的核素吸附性等性质,被选作深层地质处置库的缓冲和回填材料。为研究围岩孔隙溶液对膨润土强度的影响,将GMZ07膨润土试样在不同浓度的Na₂SO₄溶液中饱和、固结后进行直剪试验,分析溶液浓度对GMZ07膨润土抗剪强度的影响。试验结果表明,随着盐溶液浓度的增加,膨润土试样的黏聚力及内摩擦角均增大,强度显著提高。在膨润土表面分形模型的基础上,引入考虑渗透吸力的修正有效应力对试验结果进行了解释。将通过修正有效应力计算得到的GMZ07膨润土在Na2SO4溶液中的抗剪强度与实测抗剪强度进行比较,二者基本吻合,验证了考虑渗透吸力的修正有效应力的正确性。     

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.     

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。     

高庙子膨润土在高温高压下的强度特性研究

高庙子膨润土是中国高放废物地质库的首选缓冲/回填材料,将长期在高温(100℃左右)高压(数十兆帕)条件下工作。为了探讨高庙子膨润土在高温高压条件下的强度特性,使用高温高压土工三轴仪,共做了81个三轴不排水剪切试验,系统研究了干密度、围压、温度和含水率对其强度特性的影响。研究结果表明:(1)围压和干密度对高庙子膨润土的破坏形态的影响很大;(2)高庙子膨润土的强度随含水率增大而减小;温度和干密度对其强度的影响比较复杂,干密度较低时,偏应力–轴向应变曲线的位置随温度升高而上移;但干密度较高时的情况则完全相反;(3)分别建立了高庙子膨润土的黏聚力和内摩擦角随干密度、含水率和温度变化的公式。本文的研究成果为分析缓冲材料的热–水–力耦合性状提供了科学依据。     

高庙子膨润土膨胀力时效性试验研究

针对高庙子膨润土在不同含水率和不同干密度条件下膨胀力时效性进行了试验研究。首先采用静力压实法将3种不同含水率的高庙子膨润土粉末压实为两种不同密实状态的试样,随后在保持压实试样的体积和含水率不变的条件下,分别静置0,1,7,15,30和90 d,最后采用膨胀仪对完成静置试样的膨胀力进行量测;同时结合静置过程,完成了部分试样的扫描电镜（SEM）试验。试验结果表明：高庙子膨润土的膨胀力随静置时间的增长不断减小,且前期减小明显,后期逐渐趋于稳定;膨胀力的时效性与试样初始条件有关,试样含水率和干密度越大,膨胀力随静置时间的衰减越明显,即时效性越强。SEM试验结果表明,静置90 d后,高庙子膨润土内的蒙脱石发生了水化,集合体分解,颗粒相互黏结,微观孔隙结构趋于均质化,呈现点阵式的絮状结构;试样静置过程中不同微观结构层次之间的水分重分布导致的蒙脱石水化是高庙子膨润土静置过程中膨胀力降低的主要内在原因。     

高庙子膨润土微观结构时效性试验研究

针对高庙子膨润土在不同含水率和不同干密度条件下的微观孔隙结构时效性进行了试验研究。首先采用静力压实法将3种不同含水率条件下的高庙子膨润土粉末压实到2种不同密实状态,压实结束后保持试样体积和含水率不变分别静置1,30,90d,然后分别采用压汞仪法和扫描电镜法对静置不同时间后试样的微观孔隙结构进行量测。试验结果表明,高庙子膨润土集合体间大孔隙随静置时间增加逐渐减少,而集合体内孔隙和小于压汞仪最小探测粒径的极小孔隙逐渐增多;随着静置时间的延续,膨润土微观孔隙结构趋于均匀化。产生上述现象的主要原因是：试样静置过程中,为达到吸力平衡,试样各微观孔隙结构中水分子重分布,导致层叠体内水分子层数增多,蒙脱石水化;随着水化的进行,层叠体晶层间水分子层数逐渐增多,同时厚的层叠体逐渐裂开成薄的层叠体,导致集合体内小孔隙增多;在体积不变条件下,集合体间大孔隙不断被挤压填充,孔隙体积逐渐减少。     

图形式方法分析求解固结系数

结合学术研究和工程实践要求,依据《土工试验方法标准》中求解固结系数原理开发了一个可视化界面程序,采用最小二乘法拟合并从图形学角度分析其计算精度,最后通过不同计算方法所得结果对比进行验证。     

Soil-water characteristics of Gaomiaozi bentonite by vapour equilibrium technique简

Soil-water characteristics of Gaomiaozi (GMZ) Ca-bentonite at high suctions (3–287 MPa) are measured by vapour equilibrium technique. The soil-water retention curve (SWRC) of samples with the same initial compaction states is obtained in drying and wetting process. At high suctions, the hysteresis behaviour is not obvious in relationship between water content and suction, while the opposite holds between degree of saturation and suction. The suction variation can change its water retention behaviour and void ratio. Moreover, changes of void ratio can bring about changes in degree of saturation. Therefore, the total change in degree of saturation includes changes caused by suction and that by void ratio. In the space of degree of saturation and suction, the SWRC at constant void ratio shifts to the direction of higher suctions with decreasing void ratio. However, the relationship between water content and suction is less affected by changes of void ratio. The degree of saturation decreases approximately linearly with increasing void ratio at a constant suction. Moreover, the slope of the line decreases with increasing suction and they show an approximately linear relationship in semi-logarithmical scale. From this linear relationship, the variation of degree of saturation caused by the change in void ratio can be obtained. Correspondingly, SWRC at a constant void ratio can be determined from SWRC at different void ratios.     

Soil-water characteristics of Gaomiaozi bentonite by vapour equilibrium technique

Soil-water characteristics of Gaomiaozi(GMZ)Ca-bentonite at high suctions(3–287MPa)are measured by vapour equilibrium technique.The soil-water retention curve(SWRC)of samples with the same initial compaction states is obtained in drying and wetting process.At high suctions,the hysteresis behaviour is not obvious in relationship between water content and suction,while the opposite holds between degree of saturation and suction.The suction variation can change its water retention behaviour and void ratio.Moreover,changes of void ratio can bring about changes in degree of saturation.Therefore,the total change in degree of saturation includes changes caused by suction and that by void ratio.In the space of degree of saturation and suction,the SWRC at constant void ratio shifts to the direction of higher suctions with decreasing void ratio.However,the relationship between water content and suction is less affected by changes of void ratio.The degree of saturation decreases approximately linearly with increasing void ratio at a constant suction.Moreover,the slope of the line decreases with increasing suction and they show an approximately linear relationship in semi-logarithmical scale.From this linear relationship,the variation of degree of saturation caused by the change in void ratio can be obtained.Correspondingly,SWRC at a constant void ratio can be determined from SWRC at different void ratios.     

饱和粘性土地基固结的概率分析

对竖向固结系数的空间概率特征进行了统计研究 ,并进行了固结系数分布类型对固结度的敏感性分析。分析结果显示竖向固结系数的分布类型对固结度的概率计算有较大的影响。为便于工程设计应用 ,文后还提供了设计系数图表。     

对室内试验固结系数和渗透系数的相关性探讨

以具体工程土样的固结试验和渗透试验的数据为依据,用多种方法计算土样的固结系数,并进行了对比分析,为架起这两个重要沉降参数的试验结果与计算值之间的桥梁奠定了基础.     

宁国膨润土提纯及钠化改性研究

宁国膨润土原矿的主要矿物为钙基蒙脱石,杂质矿物为沸石、长石、石英等。采用精细沉降法对原矿进行提纯,提纯后的钙基膨润土采用碳酸钠进行钠化改性。利用粉末X-射线衍射、红外光谱、扫描电子显微镜、热重分析等手段,对钠化改性膨润土进行测试,结果表明,经钠化改性的膨润土具有良好的分散性,其膨胀容、阳离子交换容量均显著增加,为其工业应用提供了试验依据。     

混凝土气体渗透系数测试方法的研究

介绍了所研制的一套测试混凝土气体渗透系数的实验装置,并从理论上推导了利用该方法测试气体渗透系数的计算公式。与Cembureau法进行的对比试验结果证明,在同条件下两者所测数据的线性相关生较高,实验证实,本方法具有操作简便,密封性能好,测试数据可靠的特点,以此方法来评价混凝土的气体渗透性能是合理可信的。