納米氧化物-膨潤(rùn)土混合物的水理特性.pdf

1、高放廢物具有毒素大、核素半衰期長(zhǎng)和發(fā)熱量大等特點(diǎn)，需要與人類(lèi)生存環(huán)境長(zhǎng)期安全隔離。當(dāng)前，深地質(zhì)掩埋方法是國(guó)際上高放廢物處置的首選方式，即將高放廢物掩埋于地表500-1000m深的穩(wěn)定地質(zhì)體中，然后設(shè)置多重屏障體系阻止核素的泄露與遷移，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期安全處置的目的。膨潤(rùn)土具有強(qiáng)吸附性、良好的自愈性和極低滲透性，被視為核廢料存儲(chǔ)庫(kù)中理想的緩沖回填材料。但純膨潤(rùn)土作為回填材料存在兩點(diǎn)不足：①熱傳導(dǎo)性能低，不利于將放射性核素衰變產(chǎn)生的熱量擴(kuò)散到周邊

2、圍巖體，可能導(dǎo)致緩沖層溫度過(guò)高；②收縮性顯著，高溫易引起水分氣化，引起膨潤(rùn)土失水收縮開(kāi)裂，可能導(dǎo)致防滲功能失效。為此，論文擬充分利用納米氧化物的極細(xì)顆粒特點(diǎn)，調(diào)控壓實(shí)膨潤(rùn)土的脹縮性能，研究納米氧化物-膨潤(rùn)土混合物的水理特性，為緩沖回填材料的發(fā)展開(kāi)辟新的思路。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以壓實(shí)膨潤(rùn)土為研究對(duì)象，開(kāi)展4種不同厚度（0.5cm、1cm、1.5cm、2cm）試樣的浸水膨脹特性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)試樣越薄膨脹率越大，但膨脹力越小，試樣

3、尺寸效應(yīng)顯著。試樣厚度控制在0.5-1cm時(shí)，可以有效節(jié)約試驗(yàn)時(shí)間。⑵開(kāi)展納米氧化硅-膨潤(rùn)土混合物的脹縮性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)納米氧化硅能夠增大膨潤(rùn)土的膨脹性和吸附能力，同時(shí)也能抑制膨潤(rùn)土的失水收縮量。⑶開(kāi)展納米氧化鈣-膨潤(rùn)土混合物的脹縮性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)納米氧化鈣能夠抑制膨潤(rùn)土的膨脹和收縮性，并降低膨潤(rùn)土的水吸附能力；添加納米氧化鈣后，膨潤(rùn)土的膨脹力和收縮量得到有效控制，但納米氧化鈣水化后會(huì)形成較大的孔隙。⑷開(kāi)展納米氧化硅-氧化鈣-膨潤(rùn)土混合物脹縮性

4、試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)納米氧化硅可以有效充填膨潤(rùn)土孔隙，而納米氧化鈣可以有效調(diào)控其膨脹力，實(shí)現(xiàn)二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。⑸開(kāi)展砂-膨潤(rùn)土混合物、納米氧化硅-膨潤(rùn)土混合物的導(dǎo)熱性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)摻入適量的砂能夠提高膨潤(rùn)土的導(dǎo)熱性；摻入納米氧化硅后卻略微降低了其導(dǎo)熱性能。⑹利用有限元軟件模擬了核廢料的溫度演化過(guò)程，對(duì)核廢料處置庫(kù)儲(chǔ)存坑的布置間距進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算。發(fā)現(xiàn)存儲(chǔ)坑間距大于8米后，相鄰存儲(chǔ)坑內(nèi)的熱能釋放不會(huì)產(chǎn)生顯著的相互影響。以8米存儲(chǔ)坑間距為基礎(chǔ)，計(jì)算不同巷道間距