基于膨润土凝胶分形结构的屈服强度理论

摘要

在核废料处置库安全使用的设计年限(数万年至数十万年)内,膨润土遇水侵蚀,导致缓冲/回填层致密性降低、渗透性增加,危及核废料处置库安全.膨润土侵蚀是以膨润土凝胶形式迁移,膨润土凝胶的屈服强度就是侵蚀的临界剪切应力.膨润土凝胶颗粒之间的联结靠颗粒间的长程作用,即van der Waals力,颗粒间的联结作用取决于凝胶的结构.本文基于膨润土凝胶结构的分形模型,假设凝胶的屈服强度等于冲刷面上单位面积的van der Waals力的总和,导出了膨润土凝胶的屈服强度(σy)的表达式,表示为凝胶的固体体积率(φs)的幂函数,即σy=σy0φms,幂函数的指数是凝胶结构分维的函数.膨润土凝胶的屈服强度理论得到了试验数据的验证.