[實用新型]緩沖材料多場耦合實驗臺架中傳感器的布置結構

有效

• 申請號: 201320591346.4
• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN203658325U
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 趙星光;謝敬禮;劉月妙;王駒;曹勝飛;馬利科
• 申請（專利權）人: 核工業北京地質研究院
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01N33/24
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 羅立冬

技術領域

本實用新型屬于高放廢物地質處置緩沖材料多場耦合性能研究領域，具體涉及緩沖材料多場耦合實驗臺架中傳感器的布置結構。?

背景技術

放射性廢物的安全處理處置問題是影響核工業可持續發展的關鍵因素，而其中高放射性廢物的安全處置問題尤為突出。高放廢物含有放射性活度高、半衰期長、毒性大、釋熱率高的放射性物質，這些放射性物質一旦進入生物圈，危害極大，且難以消除。對于這一問題，2006年初國防科學技術工業委員會、科學技術部和國家環境保護總局聯合發布的“高放廢物地質處置研究開發規劃指南”明確指出，我國高放廢物地質處置采用多重屏障（地質介質屬于天然屏障，廢物體、包裝容器和緩沖回填材料等屬于工程屏障）深地質處置的方式進行處置。緩沖材料作為處置庫中多重屏障系統的重要組成部分，是填充在廢物罐和地質體之間的最后一道人工屏障，起著工程屏障、水力學屏障、化學屏障、傳導和散失放射性廢物衰變熱等重要作用，是地質處置庫安全性和穩定性的有效保障。通過礦物學、水力學和力學方面的研究，國際上普遍認為以蒙脫石為主要成分的膨潤土是最合適的緩沖材料。經過全國篩選，1996年已初步確定內蒙古高廟子膨潤土為我國高放廢物處置庫的首選緩沖材料。?

高放廢物地質處置庫中的高放廢物釋熱將引起廢物體、包裝容器、緩沖材料和圍巖中溫度的升高，導致處置庫內緩沖/回填材料和圍巖產生應力變化，以及材料礦物成分和性能的改變。同時，處置庫圍巖中的地下水在高壓地下水流的作用下向處置庫內發生滲透，導致高壓實、富含蒙脫石的膨潤土遇水吸濕引起土中吸力變化，并導致土體膨脹變形，以使高壓實膨潤土塊體?砌置時形成的塊體之間和塊體與圍巖之間的施工縫隙以及圍巖中因處置庫開挖卸載引起的裂縫閉合，形成阻障圍巖中地下水快速滲入處置庫內而引起核素遷移與輻射擴散的人工屏障。此外，入滲地下水體也會與多重屏障體系發生化學反應，改變人工屏障材料的緩沖性能。因此，隔離屏障在熱量和地下水等作用下要產生非常復雜的“熱-水-力-化學(THMC)”耦合現象。?

為了確保隔離屏障的長期安全性，必須對這個體系主要的現象進行科學的模擬試驗，而在室內建造緩沖材料多場耦合大型實驗臺架進行長期模擬試驗，是探索模擬處置庫條件下緩沖材料的熱-水-力-化學耦合特性，建立緩沖材料長期性能評價方法的有效手段。根據目前我國的高放廢物地質處置概念設計，裝有玻璃固化體的金屬廢物罐將被豎直放置在處置坑道中，周圍包裹一定厚度的壓實膨潤土塊組成的緩沖材料，廢物罐和緩沖材料通常稱為“人工屏障”，外圍的巖石稱為“天然屏障”。因此，緩沖材料多場耦合試驗臺架一般包括垂直罐體、膨潤土塊、加熱器、注水裝置以及數據采集系統等部分，為軸對稱結構。其中，罐體中心的加熱器是用來模擬高放廢物處置罐的衰變放熱現象，置于罐體周邊的注水管模擬地下水的滲透作用。溫度、相對濕度、應力、變形等測量元器件被埋置于膨潤壓實土塊中，以跟蹤分析膨潤土的物理力學現象。對實驗臺架中的各種傳感器進行合理布置是完成這一大型模擬實驗的關鍵技術之一。大型實驗臺架的運行周期一般是5～10年，甚至更長，且一旦開始運行無法臨時拆開進行維護，各類傳感器將長期工作在高溫高壓高濕的環境中。要保證采集到的數據真實可靠，個別傳感器出現故障后對整個實驗的影響較小，除了提高傳感器的材料要求、制造工藝之外，關鍵是對傳感器進行合理的布置。同時，由于施工操作空間的限制，實驗臺架中的傳感器數目有限，只有對傳感器進行合理的布設，在試驗進行過程中才能獲得理想的數據資料，進而揭示在熱-水-力-化學多場耦合條件下緩沖材料行為的變化規律。因此，亟需開發一種緩沖材料多場耦合大型實驗臺架中傳感器的?

布置方法。?

發明內容

本實用新型的目的是提供一種緩沖材料多場耦合實驗臺架中傳感器的布置結構，為緩沖材料熱-水-力-化學多場耦合大型實驗臺架的成功建造，并揭示緩沖材料在多場耦合條件下的行為提供必要前提。?

本實用新型的技術方案如下，一種緩沖材料多場耦合實驗臺架中傳感器的布置結構，根據實驗臺架中加熱器的位置，在壓實的膨潤土塊中自下而上劃分3個不同的監測區；第Ⅰ區為底部監測區，為加熱器承重底座；第Ⅱ區為中部監測區，包裹在加熱器周圍；第Ⅲ區為上部監測區，覆蓋在加熱器上方；其中，第Ⅰ區包含2個監測層；第Ⅱ區包含4個監測層；第Ⅲ區包含2個監測層；第Ⅰ區和第Ⅲ區內設有多個位移傳感器，各監測層內設有土應力傳感器、空隙水壓力傳感器、溫度傳感器、溫濕度傳感器和電化學腐蝕傳感器。?