[發明專利]膨潤土滲透-擴散-膨脹力的組合試驗裝置及其試驗方法

有效

• 申請號: 202110450375.8
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113155701B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 曾智磊;廖饒平;張婷婷;余闖;吳則祥;葉昌鵬
• 申請（專利權）人: 溫州大學;溫州市交通運輸局
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N13/04;G01N33/24;G01L5/00
• 代理公司: 蘇州科洲知識產權代理事務所(普通合伙) 32435
• 代理人: 周亮

本發明涉及一種膨潤土滲透?擴散?膨脹力的組合試驗裝置及其試驗方法，其屬于巖土工程試驗儀器這一技術領域，包括：土體側限裝置、控溫裝置、擴散裝置、滲透裝置。采用本申請的一種膨潤土滲透?擴散?膨脹力的組合試驗裝置及其試驗方法，能夠實現控溫狀態下的滲透?擴散?膨脹力連續型試驗；能夠有效的測試評價熱?化作用下高壓實膨潤土滲透、擴散、膨脹等核心阻滯參數的演化規律，進而為高放廢物深地質處置庫的緩沖材料設計評價提供依據。

技術領域

本發明屬于巖土工程試驗領域，具體而言，涉及一種高壓實膨潤土滲透-擴散-膨脹力的組合試驗裝置及其試驗方法。

背景技術

核廢物的安全處理問題一直是制約核工業可持續發展的最關鍵因素之一，尤其是放射性強、濃度高、毒性大、放熱高、半衰期長的高放廢物的長期安全處置。經過多年的研究和處置方案對比，在距離地表深500～1000m的地質體中建立多重屏障的深地處置庫存儲高放廢物來永久與人類的生存環境隔離埋藏是目前最普遍接受且技術上可行的方案。多重屏障系統包括由圍巖組成的天然屏障系統和由緩沖/回填材料填充的工程屏障系統。工程屏障中的緩沖回填材料在維護處置庫結構穩定、阻止地下水滲流、阻滯核素遷移以及擴散核輻射熱等方面發揮了非常重要的作用。

深地質處置概念中，為了保證深地質處置庫安全有效運營，作為緩沖/回填材料的膨潤土一般采用高壓實塊體拼砌的設計，其功能是遇水后發生水化膨脹以愈合/密封高壓實膨潤土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，同時遇水產生的膨脹力也可以緩沖圍巖壓力對廢物罐的影響，維護處置庫結構的穩定性；膨潤土水化形成晶層膨脹和擴散雙電層增厚，使得土顆粒集合體內外孔隙逐漸減小，膨潤土滲透性隨之減小，延阻圍巖中地下水向處置庫入滲，從而阻止核素通過地下水向外遷移。可以說膨潤土的吸水膨脹作用是發揮工程屏障、水力學屏障和化學屏障的最核心功能。作為緩沖材料，高壓實膨潤土的膨脹性、防滲性以及吸附性對維護處置庫結構穩定、阻滯核素遷移擴散至關重要。因此，需要研究高壓實膨潤土在核素溶液環境下的膨脹力、滲透系數和擴散參數的演化，進而評估工程屏障系統的化學緩沖性能。

現有技術中，CN 109655599 A(三峽大學)提供了一種高壓實膨潤土膨脹力-滲透耦合試驗儀及其使用方法，包括組合試樣環，組合試樣環上部通過螺紋桿與頂盤固定，頂盤中部設有傳感器，傳感器下部的感應探頭與長活塞接觸，長活塞位于組合試樣環內，組合試樣環內嵌有環刀，環刀位于長活塞下方；環刀上下分別放置有金屬透水石，環刀下部的金屬透水石下面設有螺旋槽，螺旋槽兩端分別設有進水管和第一出水管；所述的金屬透水石兩側均設有螺旋槽。

CN 110160883 A本發明涉及一種用于高壓實膨潤土試驗的滲壓裝置及試驗方法，滲壓裝置包括底部注水排氣機構、設置在底部注水排氣機構上的側面封閉機構以及插設在側面封閉機構中并與側面封閉機構滑動連接的活塞，底部注水排氣機構、側面封閉機構與活塞之間圍合成膨潤土試驗腔，該膨潤土試驗腔呈方形，并且膨潤土試驗腔的高度小于寬度；試驗時，分別將平行于壓實方向的膨潤土試樣及垂直于壓實方向的膨潤土試樣置于膨潤土試驗腔中進行試驗。該文獻的優點在于：能夠減小在量測膨潤土試樣膨脹力和滲透系數方向上的厚度，避免膨潤土水化不均勻的影響，適用于測量高壓實膨潤土在平行于壓實方向和垂直于壓實方向上的膨脹力與滲透系數。

綜上所述，針對工程屏障中的阻滯參數演化問題，既有研究主要為開展室內靜態實驗，探究了不同的高壓實土樣的膨脹力、吸附性能、飽和滲透及擴散性質。然而，由于不同環境下高壓實膨潤土存在演化周期長，不同環境下實驗獲得的參數往往存在區別。目前，尚未針對環境溫度可控的高壓實膨潤土滲透-擴散-膨脹力的組合試驗裝置。

發明內容

本發明的目的是提供一種高壓實膨潤土滲透-擴散-膨脹力的組合試驗裝置及其試驗方法，以克服現有技術的不足。

一種環境溫度可控的測試高壓實膨潤土滲透-擴散-膨脹力組合裝置，包括：土體側限裝置、控溫裝置、擴散裝置；