【摘要】：泥巖是深部地下工程常見地層,由于含有膨脹性礦物,與水膨脹效應(yīng)顯著。本文針對泥巖水力耦合特性,綜合采用多種宏細觀測試方法,開展了泥巖干濕循環(huán)試驗,系統(tǒng)研究了其水力特性,并結(jié)合數(shù)值仿真方法,進行了研究,擬揭示泥巖的干濕變形和損傷演化機理,主要工作如下:(1)利用所研制的濕度-質(zhì)量跟蹤實驗系統(tǒng),實時跟蹤干濕循環(huán)過程泥巖質(zhì)量變化,研究了不同干濕循環(huán)梯度和次數(shù)對泥巖土水特征曲線影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了干濕循環(huán)次數(shù)對泥巖土水特征曲線影響較大,并利用V-G模型,進行了定量分析;(2)提出一個二維擴散模型,反映了干濕循環(huán)過程泥巖水氣交換過程,反演得到了泥巖的擴散系數(shù)。在低濕度環(huán)境下,水蒸氣的擴散系數(shù)隨著濕度增加而增加,當濕度達到98%又降低。結(jié)合核磁共振和水銀壓汞試驗,研究了泥巖含水分布和孔隙結(jié)構(gòu)分布特征;(3)利用數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)和環(huán)境電子掃描顯微鏡,實現(xiàn)了泥巖干濕循環(huán)細觀原位測試。通過開展不同干濕循環(huán)試驗,研究了干濕循環(huán)次數(shù)和干濕循環(huán)梯度對泥巖變形和細觀結(jié)構(gòu)影響規(guī)律;(4)泥巖干濕變形呈現(xiàn)顯著的非均質(zhì)性、非線性、各向異性和不可逆性,通過細觀圖像定量分析,分別揭示了泥巖變形和損傷機理,確定出它與材料礦物組成和細觀結(jié)構(gòu)的內(nèi)在關(guān)系;(5)通過數(shù)值仿真,模擬分析了含夾雜對泥巖干濕變形影響規(guī)律。結(jié)果表明,泥巖干濕變形,由于不同礦物組成的變形不協(xié)調(diào)性將產(chǎn)生應(yīng)力集中,并導(dǎo)致了不同礦物界面產(chǎn)生微裂隙,形成損傷破壞;提出的泥巖水力耦合模型可以反映干濕循環(huán)過程中泥巖水氣擴散和變形特征。
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU45
【圖文】：

圖１．１高放廢物地質(zhì)處置系統(tǒng)示意圖（Ｗａｎｇ邋ｅｔａｌ．邋２０１２）逡逑地質(zhì)屏障主要功能就是限制核素從儲存庫中遷移到生物圈內(nèi)，而地層中是核素遷移最重要的載體，因為選擇地層的第一考慮因素，就是地質(zhì)體的性，極低滲透率巖層（鹽巖、低裂隙花崗巖、粘土巖等）是當前各國考慮地質(zhì)體。山于高放核廢料的危險性極其漫長，高放核廢料地質(zhì)儲存庫的密性需考慮的時間是兒十萬年。這樣的安全要求就需要地質(zhì)體的初始狀態(tài)、

不僅可以驅(qū)趕回填材料和圍巖內(nèi)的孔隙水，還可引起回填材料和圍巖損傷破壞，逡逑加快核素遷移擴散，造成核安全事故，因此，封存后期，最主要的巖土力學(xué)問題逡逑是氣一液一固耦合問題（圖１．２）。逡逑Ｉ－．述研究表明，高放核廢物地質(zhì)儲庫建設(shè)和運營過程中綜上所述，高放廢物逡逑地下處置庫將經(jīng)歷多個干濕循壞過程（圖１．４）。泥巖在非飽和過程不僅改變了其逡逑含水分布，而且引起了其力學(xué)特性變化（圖１．３）邋（Ｐｈａｍ邋ｅｔａｌ．邋２００７）；邋（Ｙａｎｇｅｔ逡逑ａｌ．邋２０１２）。法國Ｔｏｕｍｅｍｉｒｅ地區(qū)有＿一條埋深為２５０ｍ，長達２公里的隧道，其穿逡逑越粘土巖，根據(jù)現(xiàn)場觀測，該隧道洞壁呈現(xiàn)有規(guī)則分布的微裂紋，裂紋間距在逡逑１０到２０ｃｍ之間，它們夏季（濕度大約為９０－１００％）閉合，冬季（濕度在４０－８０％逡逑之間）張開（Ｐｈａｍ邋ｅｔａｌ．邋２００７）。同時，室內(nèi)研究也表明粘土巖的力學(xué)特性與其逡逑含水量密切相關(guān)。因此，深入研究粘土巖干濕過程變形特征及其力學(xué)特性具有重逡逑要的現(xiàn)實意義和理論研究價值。逡逑ｍ邐＾逡逑１邐１０邐１０２邐１０３邐１０４邐１０ｓ邐１０６邋年逡逑高放核廢料區(qū)Ｔ邐地層自然溫度逡逑中放核廢料區(qū)逡逑：邐地層自然溫度逡逑群oT」■■■■＿交替直至姞和■sE平衡態(tài)逡逑圍巖遠櫰邐泈嚌邐ｉｆ潤sE至sE平１態(tài)逡逑Ｍ｜邐艄灥玲邐一—一一逡逑圖１．邋２：中、高放核廢料地質(zhì)處置庫不同階段溫度一水一力演化示意圖（根據(jù)（Ａｎｄｒａ

【參考文獻】

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1 李軍;劉奉銀;王磊;仲s

本文編號：2736738