检索结果-内蒙古大学图书馆

深层地质处置是国际上普遍接受和认可的高放射性核废料的最终处置方案。膨润土因具有高吸水膨胀性、低渗透性和强核素吸附性等优点被选作深层地质处置系统中缓冲回填材料的主料。在核废料处置库的运行过程中,围岩周围的地下水渗入缓冲回填材料中对膨润土的膨胀特性产生影响。如何准确计算和预测膨润土在地下水溶液中的膨胀特性和膨胀性衰减规律是亟待解决的关键问题。本文通过室内膨润土的膨胀试验和理化测试,结合理论分析和数值模拟,研究了膨润土在地下水溶液中的膨胀特性,提出了膨润土在盐溶液中的膨胀模型和膨胀性的计算方法,分析了膨润土膨胀性衰减机理,模拟了膨润土在核废料处置库中的膨胀特性和衰减规律,为核废料深层地质处置库的建设和安全运行提供科学依据。主要的研究内容如下:(1)采用N2吸附法测量了膨润土的表面分维。采用N2吸附法测量压实膨润土在蒸馏水和不同浓度的Na Cl溶液中浸泡后的表面分维,膨润土压实试样的表面分维与膨润土粉末试样的表面分维相当,盐溶液对膨润土的表面分维的影响很小。(2)采用固结仪测量了商用膨润土压实试样在蒸馏水和NaCl溶液中的膨胀变形和膨胀力。膨润土的膨胀特性与竖向应力、试样的干密度和盐溶液的浓度密切相关。在nacl溶液中,渗透吸力抑制了膨润土的膨胀特性,盐溶液浓度越大,膨胀越小。(3)建立了膨润土膨胀的分形模型。基于膨润土吸水膨胀过程的表面吸附作用,根据膨润土表面的分形模型,建立了膨胀吸水体积的表达式,导出膨胀变形和膨胀力的理论公式。在膨润土的渗透膨胀阶段,结合双电层理论给出分形模型中的蒙脱石膨胀系数k,完善了分形模型。在盐溶液中,基于膨润土表面的分形模型,推导出由孔隙水渗透吸力引起的有效应力,提出了盐溶液中的膨胀变形理论,并得到了盐溶液中膨胀变形数据的验证。(4)揭示了gmz01膨润土在氯盐溶液(nacl、cacl2、mgcl2)和naoh溶液中膨胀性衰减机理。膨润土与氯盐溶液混合后,阳离子交换是主要的化学反应过程,ca2+和mg2+与na基蒙脱石中的na+反应生成膨胀性较低的ca基或mg基蒙脱石,引起膨胀性衰减。与naoh混合后,高碱性溶液对蒙脱石有强烈的溶蚀作用,蒙脱石发生溶解生成非膨胀性矿物,导致膨胀性衰减。基于膨润土膨胀性衰减机理,采用膨胀变形的分形模型预测了渗透吸力、离子交换反应和蒙脱石含量引起的膨胀衰减规律。(5)基于核废料处置库中缓冲回填材料的thmc四场耦合作用,建立膨润土的多场耦合方程。采用comsolmultiphysics软件和Phreeqc软件,模拟了核废料处置库中膨润土的饱和膨胀过程和长时间多场耦合作用下的膨胀性衰减过程。分析了膨润土吸水膨胀随时间的演化规律,计算了随时间延长饱和膨润土中渗透吸力、蒙脱石含量、膨胀系数K、有效应力和膨胀力的衰减程度,给出膨润土膨胀性衰减的定量评估方法。

关键词：核废料缓冲回填材料膨润土表面分维盐溶液膨胀变形膨胀力膨胀性衰减渗透吸力有效应力

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膨润土膨胀变形的分形模型

引用

工程地质学报 2014年第5期22卷 785-791页

作者：徐永福项国圣褚飞飞吴蓉上海交通大学土木工程系上海200240 河海大学文天学院岩土工程研究所马鞍山243000

Xu等[1]提出基于膨润土表面分形模型的膨胀变形计算方法 Vw/Vm=k PDs-3(式1),并得到了Tsukinuno膨润土、Wyoming膨润土和MX-80膨润土的膨胀变形和膨胀压力(统称膨胀变形)的膨胀试验数据的验证。当时由于条件限制,存在两个问题:(1)膨润... 详细信息

Xu等[1]提出基于膨润土表面分形模型的膨胀变形计算方法 Vw/Vm=k PDs-3(式1),并得到了Tsukinuno膨润土、Wyoming膨润土和MX-80膨润土的膨胀变形和膨胀压力(统称膨胀变形)的膨胀试验数据的验证。当时由于条件限制,存在两个问题:(1)膨润土的表面分维一般采用氮吸附法测量,由膨胀变形试验数据反算得到的膨润土表面分维没有得到氮吸附试验数据的验证;(2)在归一化吸水体积与压力的分形模型(式1)中,K是膨润土的物性常数,没有给出理论表达式,只是经验系数。本文采用氮吸附方法测量了高庙子Na基膨润土、高庙子Ca基膨润土、商用膨润土和Tsukinuno膨润土的表面分维,根据式(1)由表面分维计算膨胀变形,并与膨胀试验数据比较,验证膨胀变形的分形模型;根据双电层理论,导出用双电层参数表示式(1)中K值的理论表达式,用于膨胀变形的计算,并与膨胀变形试验结果进行比较验证。

关键词：膨润土膨胀变形分形表面分维氮吸附

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热-盐耦合作用下膨润土膨胀性能研究

热-盐耦合作用下膨润土膨胀性能研究

引用

作者：王毅安徽工业大学

学位级别：硕士

膨润土作为高放废物深层地质处置库中理想的缓冲/回填材料得到广泛关注。鉴于深地质处置库中的复杂环境,开展处置库中的膨润土性能研究具有重要意义。本文通过模拟地质处置库中的热-盐环境,对膨润土的膨胀性能机理和规律进行探究,得出... 详细信息

膨润土作为高放废物深层地质处置库中理想的缓冲/回填材料得到广泛关注。鉴于深地质处置库中的复杂环境,开展处置库中的膨润土性能研究具有重要意义。本文通过模拟地质处置库中的热-盐环境,对膨润土的膨胀性能机理和规律进行探究,得出以下成果:（1）开展了膨润土的液塑限试验、自由膨胀率试验和矿物成分测试,确定了所采用的钠基膨润土的各项物理化学指标。在0.5 mol/L的Na Cl、Ca Cl2和KCl三种溶液中开展膨润土的液塑限试验,结果表明盐溶液中膨润土的液塑限比纯水条件下的测试值要低,这是由于溶液浓度较大时,扩散离子双电层厚度减小,膨润土吸附结合水的能力降低。另外,还发现Na Cl中塑性指数Ip最大,KCl溶液中的Ip最小,Ca Cl2溶液中的Ip介于两者中间,表明离子交换对膨润土吸附结合水的能力有较大影响。（2）在蒸馏水和不同浓度的NaCl、Ca Cl2和KCl溶液条件下,采用固结仪开展了膨润土压实试样的膨胀变形试验。结果表明膨润土的膨胀特性与溶液浓度（渗透吸力）和阳离子的种类有关。膨胀率随着浓度的变大而逐渐降低,这是由于孔隙水渗透吸力的增加导致了膨润土颗粒承担的有效应力的增加,进而抑制了膨润土的膨胀率。同时,溶液中其他离子与钠基膨润土之间的阳离子反应也导致了膨胀性能降低,其中K+离子对膨润土膨胀率的抑制最强,Ca2+次之。（3）基于膨润土的表面分形理论,采用分形模型建立了膨胀吸水体积的表达式,导出膨胀变形的理论公式。由氮吸附试验发现,溶液的浓度和阳离子成分对膨润土表面分维的影响较小。根据测得的表面分维,计算了不同种类的盐溶液中膨润土的有效应力,并建立了相应溶液中膨润土的em-Ps曲线。结果发现,在蒸馏水和不同浓度的Na Cl溶液中膨润土的膨胀变形均满足同一条em-Ps曲线,而Ca Cl2和KCl溶液中膨胀变形均小于该曲线预测值,且KCl溶液中的膨胀率最小。表明分形理论可将溶液浓度和阳离子交换对膨润土膨胀变形的影响清楚地表现出来,对在各类盐溶液中膨润土的膨胀性能估算具有重要的指导意义。（4）采用自制固结仪开展了热-盐耦合条件下的压实膨润土的膨胀变形试验,发现温度在一定条件下对膨润土的膨胀有着一定的促进作用,但当温度较高时（90℃）,高温浓溶液反而会抑制膨润土的最大膨胀率。依据各类热-盐耦合条件下膨润土em-Ps分形曲线关系,可以发现膨润土的膨胀系数K随着温度的升高而增大,但在温度较高的盐溶液时,可能是由于发生蒙脱石矿物分解使得蒙脱石含量降低,导致了膨胀性能降低。

关键词：膨润土表面分维热-盐溶液耦合膨胀变形渗透吸力有效应力

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混凝土材料断裂表面的多重分形特征研究

引用

建筑材料学报 2002年第1期5卷 46-50页

作者：严安吴科如张东姚武同济大学混凝土材料研究国家重点实验室上海200092

采用投影覆盖法结合激光三角测试技术 ,直接测定了混凝土断裂表面分维值 .根据多重分形理论 ,分析了断裂表面的多重分形性质与材料组成的关系 ,同时给出了混凝土断裂表面多重分形的特点 .结果表明 ,不同材料组成的混凝土断面分形谱形态... 详细信息

采用投影覆盖法结合激光三角测试技术 ,直接测定了混凝土断裂表面分维值 .根据多重分形理论 ,分析了断裂表面的多重分形性质与材料组成的关系 ,同时给出了混凝土断裂表面多重分形的特点 .结果表明 ,不同材料组成的混凝土断面分形谱形态基本相同 ,它们的分维值域随水胶比、集料粒径和集料品种的变化而变化 .

关键词：投影覆盖法断裂表面表面分维多重分形混凝土材料

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分形介质土力学理论

分形介质土力学理论

引用

中国土木工程学会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会

作者：徐永福上海交通大土木工程系河海大学文天学院岩土工程研究所

关键词：离分形颗粒破碎表面分维压缩变形膨胀变形

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非饱和土的有效应力理论

非饱和土的有效应力理论

引用

非饱和土的应力— 强度理论与变形特性学术研讨会

作者：徐永福上海交通大土木工程系上海200030 河海大学文天学院岩土工程研究所马鞍山243000

多孔介质(如土、岩石等等)是由大量不同的、且相互影响单元组成的非均质体系(van Damme,1995),多孔介质结构的复杂性使得多孔介质的强度预测很复杂.分形理论能描述层次分明的复杂体系,适合于建立在复杂多孔介质的结构模型.本报告通过建... 详细信息

多孔介质(如土、岩石等等)是由大量不同的、且相互影响单元组成的非均质体系(van Damme,1995),多孔介质结构的复杂性使得多孔介质的强度预测很复杂.分形理论能描述层次分明的复杂体系,适合于建立在复杂多孔介质的结构模型.本报告通过建立非饱和土孔隙分布和粘土表面的分形模型,导出非饱和土的土-水特征曲线、粘土吸附水的体积,建立类似于Bishop的基质吸力有效应力公式.σ'=σ-ua+ ψe3-DψD-2式中D为孔隙分布的分维.假设渗透吸力作用在粘土的微观表面,由渗透吸力引起的有效应力作用在粘土的宏观表面,导出有渗透吸力引起的有效应力公式.pe=p+pπ =p+π(P/π)Ds-2式中Ds为粘土表面分维.

关键词：分形孔隙分布表面分维基质吸力渗透吸力有效应力

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