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《核工业北京地质研究院》 2016年
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北山地下水对膨润土力学和渗气特性影响研究

高玉峰  
【摘要】:高放废物的安全处置是关系到我国核能工业可持续发展和环境保护不可回避的重大问题。深地质处置是国际上公认的处置高放废物安全可行的方式。为了确保处置库的长期安全性和稳定性,必须进行科学的试验研究,掌握处置库条件下膨润土的力学及化学缓冲等特性的变化规律,为处置库工程屏障及长期性能评价提供依据。本文主要结合我国高放废物深地质处置研究现状,以高庙子钠基膨润土为具体研究对象,连续监测并研究膨润土与北山地下水相互作用的pH值、电导率以及温度的变化规律,获得离子浓度、化学成分及阳离子交换特性;研究浸泡处理前后的膨润土力学和渗气特性变化规律,探究北山地下水对膨润土力学和渗气特性的影响。主要结论如下:(1)膨润土与北山地下水相互作用,固相阳离子交换容量(CEC)呈现出先波动后趋于稳定的形式;可交换性Na+(ENa+)、Mg2+(E1/2Mg2+)和Ca2+(E1/2Ca2+)在一个月内有明显变化,之后呈现趋于稳定的特征;可交换性K+(EK+)呈现先增后减变化,第三个月时最大,此时在光学显微镜下观察到少量伊利石;搅拌对pH值及电导率有明显作用,停止搅拌会出现pH值快速减小,电导率快速增加,两者变化呈现明显负相关关系。(2)北山地下水浸泡处理前后的膨润土试样的力学特性变化规律一致。无侧限抗压强度随压实干密度的增大呈指数增大;试样上部轴向及横向应变明显小于下部;试样下部弹性模量最小,泊松比最大,最容易发生破坏,并产生圆锥破裂面,呈现出不完整的共轭X型主剪切面,为典型的拉剪破坏;随着围压升高,试样的破坏强度升高,试样破坏时的应变也逐渐增加;干密度为1.4g/cm3、1.6g/cm3的试样,随着围压升高,试样的破坏应力逐渐提高,破坏形态逐渐由脆性破坏向塑性破坏过渡;干密度为1.8g/cm3的试样,破坏形态均为塑性破坏,围压越大,试样的应变硬化过程越明显,抗剪强度越大。(3)通过开展气体渗透试验,研究了压实干密度与加载气压围压对膨润土气体渗透性的影响规律。渗透系数与压实干密度存在非线性关系,随干密度增大,气体渗透系数明显变小,由10-15m2逐渐减小到10-17m2数量级;气体渗透性与加载气压围压也存在一定关系,气体渗透系数随加载围压增大逐渐减小至不变,随加载气压增大而略有减小;北山地下水浸泡处理后气体渗透性规律保持不变。
【学位授予单位】:核工业北京地质研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TL942.1

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