【摘要】：高水平放射性核廢物的最終處置已受到世界各國越來越多的關(guān)注,目前國際上普遍接受的可行性方案是深層地質(zhì)處置。膨潤土因具有高膨脹性、低滲透性、優(yōu)良的核素吸附性等,被世界各國選作深層地質(zhì)處置多重工程屏障系統(tǒng)中緩沖和回填材料的基質(zhì)材料。本文以我國預(yù)選高放廢物處置庫甘肅北山地區(qū)為背景�？紤]到該地區(qū)地下水中含有總?cè)芙夤腆w(TDS),選擇NaCl-Na2SO4作為溶解固體。本文對三種我國緩沖/回填材料的首選基質(zhì)材料內(nèi)蒙古興和縣高廟子鄉(xiāng)高廟子膨潤土(GMZ膨潤土)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,包括不同開采批次高廟子膨潤土的物理和力學(xué)特性對比;初始含水率和干密度對高廟子膨潤土壓實(shí)樣膨脹變形和膨脹力的影響;膨潤土壓試樣在鹽溶液飽和下的膨脹特性和膨潤土壓試樣在鹽溶液浸潤下的強(qiáng)度特性。這些研究內(nèi)容都是核廢物深層地質(zhì)處置工程在理論上及工程應(yīng)用中亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上提出能預(yù)測包括膨脹變形、膨脹力在內(nèi)的宏觀和微觀模型,具體研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1.對兩種高廟子鈉基膨潤土和一種高廟子鈣基膨潤土進(jìn)行了膨脹特性和壓縮試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)兩種鈉基膨潤土的膨脹和壓縮特性存在一定的差異,但和鈣基膨潤土明顯不同。對飽和后兩種膨潤土進(jìn)行壓汞試驗(yàn)(MIP)和掃描電子顯微鏡測試(SEM)發(fā)現(xiàn),在相同孔隙比下,GMZ07集聚體間孔隙較多,并且GMZ001集聚體的水化程度大于GMZ07。結(jié)合土工和微觀試驗(yàn)的結(jié)果,認(rèn)為導(dǎo)致兩者力學(xué)性能差異的主要原因是由于蒙脫石含量的不同,其次是顆粒粒徑大小的差異。2.對不同初始含水率、干密度和摻砂率的GMZ鈉基膨潤土壓實(shí)試樣進(jìn)行了膨脹和壓縮試驗(yàn)。初始含水率會(huì)對膨潤土的膨脹力有所影響,當(dāng)含水率較低(5-20%)的范圍內(nèi),試樣最終膨脹力基本相同;當(dāng)試樣的初始含水率大于20%,試樣的最終膨脹力呈現(xiàn)出隨含水率增加而明顯下降,并且隨著含水率進(jìn)一步的增加,下降趨勢越來越明顯。本文認(rèn)為在初始含水率大于20%(即最優(yōu)含水率)后,膨潤土試樣內(nèi)微觀孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的,是導(dǎo)致膨脹力和膨脹變形隨含水率增加發(fā)生明顯下降的主要原因。GMZ鈉基膨潤土壓實(shí)試樣的膨脹力會(huì)隨著干密度的提高而變大和摻砂率呈反比。3.對兩種GMZ鈉基膨潤土和一種GMZ鈣基膨潤土,利用單向固結(jié)儀,進(jìn)行了鹽溶液下膨脹和壓縮特性的研究。根據(jù)蒙脫石孔隙比的概念,統(tǒng)一整理了飽和高廟子膨潤土在鹽溶液和蒸餾水飽和下的膨脹特性。結(jié)果表明,當(dāng)TDS濃度為12.3g/l(預(yù)選處置庫最高離子濃度)時(shí),在雙對數(shù)坐標(biāo)中蒙脫石孔隙比與膨脹力關(guān)系和干密度與膨脹力關(guān)系均呈直線且平行于蒸餾水的試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著濃度的增加,兩種高廟子鈉基膨潤土的膨脹性能隨著濃度的增加在單對數(shù)坐標(biāo)下線性下降。而高廟子鈣基膨潤土的膨脹力會(huì)先隨著鹽溶液濃度的增加而提高,隨著鹽溶液濃度的再度提高而下降。導(dǎo)致該結(jié)果的原因和膨潤土內(nèi)影響雙電層厚度的因素有關(guān)。4.通過引入蒙脫石孔隙比的概念,對兩種高廟子鈉基膨潤土和一種鈣基膨潤土的膨脹特性進(jìn)行了預(yù)測,并將該預(yù)測方法推廣到了不同濃度鹽溶液飽和的情況。之后利用膨潤土微觀膨脹機(jī)理和試驗(yàn)結(jié)果,得到一種從微觀角度預(yù)測膨脹性能的方法。將宏觀和微觀預(yù)測方法得到的結(jié)果進(jìn)行對比表明,兩者接近。5.對GMZ07膨潤土在不同的鹽溶液濃度下進(jìn)行直剪試驗(yàn),得出強(qiáng)度隨溶液濃度的增加而增加的規(guī)律。其中摩擦角隨著濃度的增加而變大,但凝聚力基本不隨著鹽溶液濃度的變化而變化。對GMZ07膨潤土在不同鹽溶液濃度下進(jìn)行壓縮試驗(yàn),得出在不同鹽溶液濃度下的壓縮特性以及壓縮指標(biāo)。利用掃描電鏡測試分析了不同鹽溶液濃度飽和膨潤土的微觀結(jié)構(gòu),結(jié)果表明,鹽溶液濃度會(huì)導(dǎo)致膨潤土微觀結(jié)構(gòu)中集聚體表面變粗糙,從而提高了膨潤土集聚體顆粒間的相互作用力。
【圖文】：

上海大學(xué)博士學(xué)位論文巖體規(guī)模巨大、完整、裂隙較少；水文地質(zhì)條件有利：地下水弱含水、低滲透、逡逑低流速、還原性；工程地質(zhì)：巖體工程質(zhì)量好；巖石高強(qiáng)度、高密度、低滲透；逡逑地應(yīng)力適中，最終在２０１丨年，甘肅北山己被定為我國高放廢物處置庫首選地區(qū)。逡逑

來實(shí)施真正的處置作業(yè)提供經(jīng)驗(yàn)。逡逑對于高放廢物，目前全世界尚無任何己公布投入運(yùn)轉(zhuǎn)的深層地質(zhì)處置場，逡逑只有瑞典、美國、加拿大等少數(shù)國家在進(jìn)行地下實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，如圖１．４所示。逡逑地下試驗(yàn)室主要有美國尤卡山Ｙｕｃｃａ邋Ｍｏｕｎｔａｉｎ，加拿大ＵＲＬ地下實(shí)驗(yàn)室和Ｌａｃ逡逑ｄｕ邋Ｂｏｎｎｅｔ地下現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)室，，比利時(shí)Ｍｏｌ的ＨＡＤＥＳ地下實(shí)驗(yàn)室，瑞典Ａｓｐｏ地逡逑下實(shí)驗(yàn)室，瑞士的Ｍｏｎｔ邋Ｔｅｒｒｉ地下實(shí)驗(yàn)室和Ｇｒｉｍｓｅｌ地下實(shí)驗(yàn)室（Ｇｒｉｍｓｅｌ邋Ｔｅｓｔ邋Ｓｉｔｅ，逡逑ＧＴＳ），德國Ａｓｓｅ地下實(shí)驗(yàn)室，法國國家放射性廢物管理局（ＡＮＤＲＡ）的逡逑Ｍｅｕｓｅ／Ｈａｕｎｔ邋Ｍａｍ和布爾高放廢物地下科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，芬蘭ＯＮＫＡＬ？地下實(shí)驗(yàn)逡逑室和邋Ｏｌｋｉｌｕｏｔｏ邋地下實(shí)驗(yàn)室，日本的邋Ｔｏｎｏ、Ｋａｍａｉｓｈｉ、Ｈｏｒｏｎｏｂｅ邋和邋Ｍｉｚｕｎａｍｉ邋等逡逑地下實(shí)驗(yàn)室。我國原定于在２０２０年左右建成地下實(shí)驗(yàn)室，這個(gè)地下實(shí)驗(yàn)室將成逡逑為我國高放射性廢物處置研究的基地。逡逑二是綜合性試驗(yàn)室試驗(yàn)計(jì)劃
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU443

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2649004