刚性壁条件下砂-膨润土混合物砌块接缝渗透特性研究

摘要

关于高放废物深地质处置中人工屏障采用的是高压实的砂和膨润土的混合物砌块，有现场原位压实和砌块砌筑法两种。该人工屏障起着重要的多重作用，阻碍围岩中的地下水渗入处置库内，以及处置库中核素向外迁移，阻碍处置库内高放废物辐射向外扩散。而高压实砌块砌筑法中，砌块之间是存在施工接缝的，该接缝是缓冲屏障的水力薄弱部分。关于砌块中间不可避免的施工接缝该如何处理，至今还没有一种确切的解决方案。通过室内模拟试验，研究砂-膨润土混合物砌块接缝在刚性壁条件下整体的渗透性能，为施工接缝的处理提供一定的参考。 以砂和膨润土混合物压实砌块接缝的处理形式为研究对象，通过刚性壁渗透试验，热传导试验，扫描电镜试验、压汞试验等，研究不同接缝处理形式的渗透性能，饱和渗透后的热传导性能。并通过扫描电镜试验和压汞试验从微观角度分析不同接缝处理形式的试样饱和渗透后的孔隙分布情况和水化愈合情况，分析其渗透性能和热传导性能差异的原因。主要研究内容为：以高庙子膨润土和石英砂为试验材料，制备直径10.20cm，高2.00cm，干密度为1.80g/cm3，含水率为12.2%的圆饼状和半圆饼状小砌块，以完整试样为对比，分别采用膨润土粉末砌缝，颗粒率为 70%的膨润土和膨润土颗粒混合物砌缝以及膏状膨润土砌缝的接缝处理方式，通过刚性壁渗透试验和热传导试验分析其渗透性能和热传导性能的差异。研究结果表明： （1）入渗前期，接缝对整体入渗情况的影响并不明显，入渗速率的差异性不是很大，都随着含水率的增大而减小；入渗中期，试样底部接近于饱和状态，中间接缝的差异造成入渗速率的不同，入渗速率从小到大依次为完整试样、粉末样、膏状试样、颗粒试样；入渗后期，入渗速率差异性更加明显，并且入渗速率保持稳定状态。 （2）非饱和渗透阶段，出水速率达到稳定状态的时间是：完整试样和膏状试样130h左右；粉末试样630h左右；颗粒试样的出水速率在前630h快速上升，630h以后又开始缓慢下降。 （3）根据渗透后期数据计算的饱和渗透系数为：完整试样为1.76×10-10cm/s，粉末试样为 2.05×10-10cm/s ，膏状试样为 2.30×10-10cm/s ，颗粒试样为3.78×10-10cm/s，均满足缓冲回填材料对其渗透性的要求。 （4）渗透后试样的导热系数测试发现，颗粒试样接缝的导热系数明显大于其他两组接缝大导热系数，并且接近于接缝两边砌块的导热系数。通过扫描电镜试验和压汞试验，从微观角度对试样接缝进行观察研究，试验结果显示：粉末试样和膏状试样的接缝区中未见明显的孔隙结构，水化愈合效果良好；颗粒试样接缝区存在集合体间孔隙，并没有完全愈合；从孔径分布曲线中看出，四组试样中均存在集合体间孔隙和集合体内层叠体间孔隙。

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