膨润土膨胀变形的分形模型

摘要

膨润土的膨胀变形计算一直是核废料处置库垫层设计的关键难题之一,膨润土的膨胀变形过程就是膨润土吸水过程,膨润土吸附水体积与膨润土的表面特征有关,膨润土的表面特性可以采用分形模型描述,由此可以建立膨润土吸附水体积与上覆压力的关系.根据膨润土表面和膨润土膨胀后的团粒(aggregate)的分形模型,建立了膨润土膨胀变形、膨胀压力、侵蚀(自由膨胀)和饱和膨润土压缩变形的计算理论,导出由溶质吸力产生的有效应力表达式,建立了有效应力表示的盐溶液中膨润土膨胀变形方程,并得到膨胀变形试验数据的验证.结果表明,膨润土吸水体积是上覆压力的幂函数,指数为Ds-3;侵蚀临界剪切应力是膨润土团粒的有效密度、直径的幂函数,膨润土侵蚀质量是水流量的幂函数,指数是团粒分维的函数.