高放廢物深地質(zhì)處置采用多重屏障設(shè)計(jì)體系,緩沖材料是位于廢物罐和圍巖之間的一道重要的人工屏障。在放射性衰變熱、地下水入侵和圍巖應(yīng)力等作用下,緩沖材料經(jīng)歷復(fù)雜的熱-水-力耦合過(guò)程,評(píng)價(jià)其長(zhǎng)期性能對(duì)高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。緩沖材料模型試驗(yàn)是研究膨潤(rùn)土在多場(chǎng)耦合環(huán)境下性能變化的重要途徑。中型實(shí)驗(yàn)臺(tái)架是大型實(shí)驗(yàn)臺(tái)架(China-Mock-up)的重要補(bǔ)充,用來(lái)模擬與大型實(shí)驗(yàn)臺(tái)架邊界相同的環(huán)境下,即熱量和水分別從緩沖材料的不同側(cè)向另一側(cè)傳遞和滲透的條件下膨潤(rùn)土的行為特征。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)緩沖材料在長(zhǎng)期加熱和加水條件下的溫度、相對(duì)濕度、力學(xué)等特征參數(shù),揭示了在熱-水-力耦合條件下緩沖材料的性能變化規(guī)律,同時(shí)對(duì)臺(tái)架進(jìn)行了拆解,對(duì)拆解樣品的含水量、干密度和微觀結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了分析測(cè)試,研究結(jié)果可為高放廢物處置庫(kù)緩沖材料的工程設(shè)計(jì)提供參數(shù)支持。

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圖1 高壓實(shí)膨潤(rùn)土塊

實(shí)驗(yàn)所用的地下水采自我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)首選預(yù)選區(qū)甘肅北山地區(qū)。所用水樣為深部地下水，測(cè)量環(huán)境相對(duì)濕度為20%，溫度為20℃，其各離子含量(mg/L)見(jiàn)表2。1.2試驗(yàn)裝置

圖2 緩沖材料模型試驗(yàn)裝置示意圖

2013年4月實(shí)驗(yàn)臺(tái)架安裝完成后，對(duì)傳感器出線口等處進(jìn)行密封，連接并調(diào)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、供水系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)。該臺(tái)架采用底部加熱，頂部進(jìn)水的試驗(yàn)方式，用以模擬大型實(shí)驗(yàn)臺(tái)架中部加熱區(qū)的邊界條件。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的試運(yùn)行，各個(gè)傳感器采集正常。開(kāi)始采用逐滴持續(xù)加水的方法，每天加水3次，每次....

圖3 中型實(shí)驗(yàn)臺(tái)架運(yùn)行圖

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的試運(yùn)行，各個(gè)傳感器采集正常。開(kāi)始采用逐滴持續(xù)加水的方法，每天加水3次，每次加水10g，每天記錄各個(gè)傳感器的數(shù)值，根據(jù)溫濕度的變化，及時(shí)調(diào)整進(jìn)水量和進(jìn)水方式。待膨潤(rùn)土遇水膨脹后，采用0.05～0.5MPa的進(jìn)水壓力開(kāi)展試驗(yàn)。2013年11月開(kāi)啟加熱系統(tǒng)，從室溫開(kāi)始....

圖4 中型實(shí)驗(yàn)臺(tái)架溫度變化曲線

當(dāng)關(guān)閉加熱器進(jìn)行拆解時(shí)，溫度迅速下降至室溫。同時(shí)還可以看出，在腔體四周安裝保溫材料后，試驗(yàn)臺(tái)架中不同位置的溫度均有不同程度的升高，這也說(shuō)明周圍環(huán)境的變化對(duì)緩沖材料溫度場(chǎng)的分布有所影響。從側(cè)面亦可知，處置庫(kù)圍巖的導(dǎo)熱性能對(duì)整個(gè)處置庫(kù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要的影響。2.2相對(duì)濕度演化過(guò)....

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