高压实高庙子膨润土研究进展

高放废物深地质处置中,缓冲/回填材料系统起着工程屏障、水力学屏障、化学屏障,以及传导和散失放射性废物衰变热等重要作用,是高放废物地质处置库长期安全性和稳定性的有效保障。前人研究表明,膨润土是理想的缓冲/回填材料。本文在归纳总结压实膨润土相关室内试验研究成果的基础上,采用水汽平衡法和渗析法吸力控制技术,借助恒体积膨胀法等试验手段,试验研究了自由膨胀与侧限两种条件下,高压实高庙子膨润土的土水特征及膨胀力发展规律。结果表明,低吸力范围内,高压实高庙子膨润土在自由膨胀和侧限条件下的土水特征存在明显差异。膨胀力随时间的变化曲线是一条渐近线,而时间/膨胀力与时间之间存在很好的线性关系;膨胀力和干密度之间存在指数关系,干密度是影响膨胀力的一项重要的外部因素。     

大气条件下高庙子钠基膨润土化学缓冲特性研究

深地质处置目前被国际上公认为是处置高放废物的最有效可行的方法。我国采用多重工程屏障系统和适宜的地质体共同作用来确保与生物圈的安全隔离。缓冲材料是高放废物重要的工程屏障材料之一,我国选用高庙子钠基膨润土作为缓冲材料的基础材料。膨润土作为缓冲材料的一个重要性能表现为缓冲孔隙水的化学变化。介绍了GMZ-1钠基膨润土大气条件下与蒸馏水的反应试验,并对试验结果进行了讨论。批式试验反应溶液中钠离子来源于钠基膨润土层间阳离子和矿物溶解,镁离子来源于钠基膨润土层间阳离子,钾离子和钙离子来源于矿物溶解,相关研究认识对于高放废物处置库近场核素迁移研究和评价工程屏障的长期稳定性具有重要意义。     

高压实膨润土的非饱和渗透膨胀模型

高放废弃物深地质处置库中,作为缓冲/回填材料的高压实膨润土的设计功能是,遇水吸湿导致土体膨胀变形,以密封高压实膨润土块体砌置时形成的块体与块体之间和块体与围岩之间的施工缝隙以及围岩中因处置库开挖卸载引起的裂缝,形成阻障围岩中地下水渗入内库引起核素迁移,与库内高放废物的辐射扩散的人工屏障。高压实膨润土在自由膨胀条件下的膨胀应变和非饱和渗透系数由渗透试验测得;孔隙比和吸力的关系由压汞试验测得。吸力和含水率的函数关系可由土-水特征曲线测试试验得到。因此,自由膨胀条件下膨润土的非饱和渗透膨胀模型由膨胀应变、非饱和渗透系数和孔隙比与吸力的函数关系建立。结果表明：渗透系数和体积应变都随吸力减小而增加,因为吸力减小会导致孔隙比增加。这一发现有助于设计高放废物的最终处置方案。     

高庙子膨润土强度时效性试验研究

本文用试验方法研究了静置时间对不同含水率高庙子钠基（GMZ07）膨润土强度的影响。在保持试样干密度和含水率不变的情况下,将初始含水率为10%、18%和24%（饱和）3组压实试样分别静置0、5、15、30、90 d,之后采用精度较高的直剪仪在400、800和1 600 kPa垂直压力下进行剪切试验;同时完成了部分试样的压汞试验。结果表明：GMZ07膨润土的剪切强度随静置时间增长而减小;静置前期,强度下降较快;静置时间超过一定天数后,其剪切强度逐渐趋于稳定。根据3种含水率试样的强度包线可得到：随着静置时间增加,饱和试样的内摩擦角略微下降而黏聚力变化不大;含水率10%和18%试样的黏聚力明显变小而内摩擦角几乎不变。根据Alonso等提出的非饱和土有效应力,结合压实膨润土试样的孔径分布,认为集聚体内孔隙增多是非饱和膨润土强度随静置时间而变小的原因。     

盐溶液饱和高庙子膨润土膨胀特性及预测

甘肃北山被首选为修建高放废物处置库的地区。考虑到该地区地下水中含有总溶解固体（TDS）,选择NaCl-Na2SO4作为溶解固体。以高庙子钠基膨润土为试验材料,利用单向固结仪,进行不同TDS浓度盐溶液和蒸馏水饱和的膨胀试验。根据蒙脱石孔隙比的概念,统一整理了饱和高庙子膨润土在盐溶液和蒸馏水饱和下的膨胀特性。结果表明,当TDS浓度为12.3 g/L（预选处置库区的最高离子浓度）时,在双对数坐标中蒙脱石孔隙比与膨胀力关系和干密度与膨胀力关系均呈直线且平行于蒸馏水的试验结果;对于给定干密度试样,膨胀力的对数与TDS浓度呈线性关系。根据以上试验结果,给出了由高庙子钠基膨润土的设计干密度和离子浓度计算相应膨胀力和膨胀变形的表达式。     

高庙子膨润土的吸湿性及结合水变化规律研究

膨润土易吸收空气中水分形成结合水。以高庙子膨润土为实验对象,研究了土样在不同烘干温度、烘干时间、环境相对湿度、土厚、表面积下的吸湿规律。研究结果表明：110℃烘干条件下,烘干8 h,土样质量可达到稳定;增加接触面积,不会增加其吸湿率;吸湿量与初始烘干温度以及环境相对湿度正相关。土样吸湿存在深度效应,越下层的土样吸湿能力越弱。4 mm深度以下土层对空气中水分子的吸附能力很弱,吸湿主要集中在上层。Peleg模型拟合吸湿过程较好。20 g膨润土在110℃烘干,再置于相对湿度55%和82%环境下吸湿,2 min时强结合水的吸收基本完成,受环境相对湿度的影响较小,吸湿平衡时自由水、弱结合水以及强结合水的含量分别为7.873%、0.749%、1.316%和9.408%、1.128%、1.412%,结合水膜厚度分别为5.56?和7.71?。     

双电层理论与高庙子膨润土的体变特征

黏性土中土体颗粒（矿物颗粒）带有负电荷,周围存在电场。在静电引力与布朗运动（热运动）作用下,紧邻土体颗粒表面处静电引力最强,水化离子和极性分子牢牢地被吸附在颗粒表面附近形成固定层。由固定层向外,静电引力逐渐减小,水化离子和极性分子的活动性逐渐增大,形成扩散层。固定层和扩散层中的阳离子（反离子层）与土粒表面负电荷共同构成双电层。根据双电层理论,当给定两个黏土片层之间的距离时,渗透压力可以由两个片层中轴线处的离子浓度来求取。同样,对于给定的渗透压力和中轴线处的离子浓度,便可以确定两个片层之间的距离。采用渗析法吸力控制技术与压汞仪法（MIP）微观结构试验手段,研究了低吸力范围内、自由膨胀条件下高压实高庙子膨润土的土水特性与体变特征,同时采用双电层理论估算了高庙子膨润土水化过程中的自由膨胀量,并将估算值与试验实测值进行了对比分析。在使用孔率计法试验结果求取试样孔隙比时考虑了压汞仪出力能力影响,采用线性延伸方法估算了残余孔隙量。研究结果显示,低吸力范围内,由双电层理论,估算的高压实高庙子膨润土的自由体积膨胀量与试验数据吻合较好,但随着吸力的进一步减小,两者之间的误差有增大的趋势,文中对出现这一偏差的原因进行了分析探讨。     

高庙子膨润土水化膨胀特性及其微观机理研究

膨润土具有遇水膨胀的特性,是高放核废料深地质处置库理想的缓冲回填材料。膨胀特性是其作为缓冲材料最重要的性能之一,同时受多方面因素的影响。本文以我国首选缓冲材料高庙子膨润土为研究对象,以含水率和干密度为控制变量,以恒体积法为试验方法,研究了高压实高庙子膨润土的水化膨胀特性,采用压汞试验法(MIP)对膨润土微观结构进行了研究,并以此对水化膨胀特性进行了解释。膨胀力试验结果表明,高庙子膨润土的膨胀力发展形式和最大膨胀力均受试样含水率和干密度影响,干密度较小时,水化曲线呈明显的双峰结构,干密度较大时,水化曲线形态与含水率相关,随着含水率增大,双峰结构逐渐消失。MIP试验结果表明,高庙子膨润土的孔径分布同样受含水率和干密度影响,随着含水率和干密度降低,集合体间大孔隙体积增多。膨润土的水化膨胀曲线受集合体间大孔隙影响显著。大孔隙较多时,膨润土集合体能迅速膨胀形成临时结构,当膨胀力超过临时结构的极限荷载时发生坍塌,膨胀力回落,内部结构重组后继续水化达到最大膨胀力,因此其水化膨胀曲线呈明显的双峰结构。随着大孔隙量减少,水化膨胀曲线由双峰结构演变成一条平滑曲线。     

两种高庙子钠基膨润土膨胀特性比较研究

对两种高庙子钠基膨润土（简称GMZ001和GMZ07）在不同初始干密度下进行膨胀力试验、常压力下的膨胀变形试验以及压缩试验。试验结果表明,GMZ001的膨胀能力要比GMZ07的大,并且GMZ001比GMZ07更难压实。对饱和后两种膨润土进行压汞试验和扫描电子显微镜测试后发现,在相同孔隙比下,GMZ07集聚体间孔隙较多,并且GMZ001集聚体的水化程度大于GMZ07。结合土工和微观试验的结果,认为导致两者力学性能差异的主要原因是由于颗粒粒径大小的差异以及蒙脱石含量的不同。最后利用蒙脱石孔隙比的概念对两种膨润土的浸水膨胀试验结果进行归一化,并对膨润土的膨胀特性进行了预测。     

高庙子膨润土与砂混合物的土-水特征曲线

用滤纸法和压力板法对高庙子膨润土与福建砂的混合物进行试验研究,在不同孔隙比和不同膨润土与砂配合比情况下量测脱湿过程的土-水特征曲线,研究土-水特征曲线与孔隙比和配合比之间的关系。试验结果表明：在同一配合比下用饱和度与吸力表示土-水特征曲线时,其曲线随着孔隙比的减小向右上方移动,即当土样的吸力一定时,土样的饱和度随着孔隙比的减小而增大,当吸力小于10 MPa时,这种现象较为显著;在同一孔隙比下膨润土与砂混合物的土-水特征曲线随着膨润土的比例增加而向右上方移动,即混合物的进气值随着膨润土的比例增加而增大;另外,配合比以及孔隙比相同时,膨润土与福建砂的混合物的土-水特征曲线与日本产Kunigel膨润土与丰浦砂的混合物的土-水特征曲线非常接近。     

南京汤山膨润土矿地质特征,物化性质及矿床成因

通过对南京近郊汤山膨润土矿床的矿区地质、矿床地质特征的分析,阐明了该矿床的成因及其矿石的物化性能。综合研究表明,该矿床是以流纹岩及凝灰岩为成矿原岩,在特定的条件下,经热液蚀变改造而形成的矿床。此矿床之矿石属钙基膨润土,经适当选矿后可用于深加工。     

生物活动对海床沉积物工程地质特征改造研究

底栖穴居动物是河口潮滩生态系统的重要组成部分,它对沉积物的二次改造作用非常重要。本文以黄河三角洲钓 口区潮滩为研究对象,研究了不同生物密度对沉积物工程地质特征的改造,包括滩面形态、沉积物强度、以及沉积物颗粒大小 的改变。在此基础上探讨了生物活动与滩面凹坑,沉积物强度非均匀性以及研究区浮泥之间的关系。