CN103531262A

CN103531262A - 一种三维应力下废物地质处置多场耦合试验台架系统

Info

Publication number: CN103531262A
Application number: CN201310520253.7A
Authority: CN
Inventors: 乔兰; 李�远
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-10-29
Also published as: CN103531262B

Abstract

本发明涉及一种三维应力下废物地质处置多场耦合试验台架系统，包括旋转马达，水头按钮，推进油缸，千斤顶，支撑板，试块区，橡胶垫，压力板，实验台，试验台底板，电缆，样品区，加热器，100T油缸。通过采用千斤顶和两个100T油缸等加载设备对试验台架进行竖向和侧向加载，实验三向应力加载，模拟地应力条件；采用加热器模拟废物罐；采用注水系统模拟地下水的渗透；并以此建立热-水-力多场耦合试验台架。本发明的有益效果是具有高强度、变形可控、耐腐蚀、测量精度高等优点。采用花岗岩体作为试验台架的腔体，考虑在不同地应力条件水平下的多场耦合试验，真实的模拟高放废物地质处置库环境，并依此建立多场耦合条件下的数值模型。

Description

一种三维应力下废物地质处置多场耦合试验台架系统

技术领域

本发明设计一种试验系统，特别涉及一种三维应力下废物地质处置多场耦合试验台架系统。

背景技术

随着核科学的发展，核技术不仅在国防工业得到了广泛的应用，而且已深入到工业、农业、医学等与人们生活息息相关的各个领域，极大地促进了各国的经济建设。由于核技术和核能的特点，在造福于人类的同时也产生了许多高放射性水平废物（以下称“高放废物”）。这些高放废物若不加以安全处置，将会对人类社会、自然环境产生巨大的破坏作用，其影响可长达数百年至数万年、甚至更长的时间。同时，能否安全处置这些高放废物也是关系到一个国家的国际声誉、核电发展、环境保护和人民健康的一件大事。因此，各个有核国家对高放废物的安全处置都极为重视。

2006年初国防科学技术工业委员会、科学技术部和国家环境保护总局联合发布的“高放废物地质处置研究开发规划指南”明确指出，我国高放废物地质处置采用多重屏障（地质介质属于天然屏障，废物体、包装容器和缓冲回填材料等属于工程屏障）深地质处置的方式进行处置。缓冲材料作为处置库中多重屏障系统的重要组成部分，是填充在废物罐和地质体之间的最后一道人工屏障，起着工程屏障、水力学屏障、化学屏障、传导和散失放射性废物衰变热等重要作用，是地质处置库安全性和稳定性的有效保障。处置库关闭后，由于高放废物的放热引发热传输过程，在开挖扰动的基础上进一步诱发新的围岩应力与变形过程，改变流体渗流过程和近场的地球化学过程，同时，放射性核素随时间在不断衰变，因此，缓冲回填材料是处在长时间尺度、温度不断变化情景中，在温度场、渗流场、应力场相互耦合的条件下研究缓冲/回填材料的各项性能是切合实际也是非常有必要的。到目前为止，我国膨润土在T-H-M耦合条件下的各项性能研究尚处于起步阶段，研究膨润土在模拟处置库条件下的长期性能是非常重要的。

在缓冲材料多场耦合试验台架方面的研究国内起步较晚，目前仅有核工业北京地质研究院建立了1：2尺寸的热-水-力-化学耦合试验台架，并进行了初步研究，试验结果并未见诸报道。但是试验台架并未有外加荷载，即仅考虑加热和加水状态，没有考虑处置库实际所处环境的地应力条件。

总之，与世界上核能利用较为先进的国家相比，我国高放废物深地质处置方面的研究工作起步晚，很多研究都处于初级阶段。尤其是在处置库环境下，多场耦合条件下膨润土的性能有待进行深入研究。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种三维应力下废物地质处置多场耦合试验台架系统。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种三维应力下废物地质处置多场耦合试验台架系统，包括旋转马达（1），水头按钮（2），推进油缸（3），千斤顶（4），试块区（5），橡胶垫（6），压力板（7），实验台（8），试验台底板（9），100T油缸（10），电缆（11），样品区（12），加热器（13），支撑板（14），其特征是所述的旋转马达（1），水头按钮（2），推进油缸（3），千斤顶（4）均位于试验台支架上，自上而下顺序排列，所述的100T油缸（10）有两个，位于试验台底板（9）之上，配合油管、油罐使用，均装有数据测量采集系统，分别从两个方向向压力板（7）的一个侧面施压，二者施压方向相互垂直，压力板（7）另一侧面与试块区（5）紧密连接，支撑板（14）和试块区（5）之间有橡胶垫（6），试块区（5）中心圆柱为样品区（12），样品区（12）嵌套着的圆柱区域为加热器（13），试块区（5）四个侧面中和油缸相对的试块另一面由一块带有加强筋的焊接平台上的钢板支顶，在实验台（8）和试块之间有胶垫。

本发明的另一个技术方案是：所述样品区（12）是与加热器（13）为同心圆的一个区域，可用以放置不同性质的物品进行试验研究。

本发明的再一个技术方案是：所述的三维应力下废物地质处置多场耦合试验台架系统，其特征在于：所述橡胶垫（6）为聚氯丁橡胶垫，厚度不低于16mm。

本发明的另一个技术方案是：所述的三维应力下废物地质处置多场耦合试验台架系统，其特征在于：所述的压力板（7）厚度不低于50mm。

进一步的，本发明通过在试块区放置实验研究试块，以花岗岩为主要研究对象，而后在试块中心钻出样品区和加热器放置区域，将样品布置于样品区，样品以膨润土为主要研究对象，而将加热器放置在中心区域，设置好加热温度后，通过两个100T油缸和千斤顶对试样进行三向应力加压，打开试验台台架上部水头按钮，由注水系统模拟地下水的渗透；加载设备对试验台架进行侧向加载，模拟地应力条件；采用加热器模拟废物罐；从而实现三维应力下热-水-力多场耦合实验。

与现有技术相比，本发明的优点在于：具有高强度、变形可控、耐腐蚀、测量精度高等优点。采用花岗岩体作为试验台架的腔体，考虑在不同地应力条件水平下的多场耦合试验，真实的模拟高放废物地质处置库环境，并依此建立多场耦合条件下的数值模型。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

作为本发明的一种实施方式，参阅图1，本发明包括旋转马达1，水头按钮2，推进油缸3，千斤顶4，试块区5，橡胶垫6，压力板7，实验台8，试验台底板9，100T油缸10，电缆11，样品区12，加热器13，支撑板14。所述100T油缸10有两个，配合油管、油罐使用，均装有数据测量采集系统，分别从两个方向向试块施压。二者施压方向相互垂直。所述加热器13可以实现温度调控，依据用户需要设定不同的温度。所述样品区12是与加热器13为同心圆的一个区域，可用以放置不同性质的物品进行试验研究。根据国内外研究表明，膨润土为工程较理想的屏障缓冲/回填材料，故目前样品区一般主要放置膨润土作为主要的研究对象。所述试块区5为方形试块区，尺寸可调节，用于放置方形试块，四个侧面中和油缸相对的试块另一面由一块带有加强筋的焊接平台上的钢板支顶，在实验台和试块之间有聚氯丁橡胶垫。所述橡胶垫6为聚氯丁橡胶垫，厚度为16mm。所述的压力板7厚度为50mm。

进一步的，本发明通过在试块区5放置实验研究试块，一般以花岗岩为主，而后在试块中心钻出样品区12和加热器13放置区域，将样品布置于样品区12，一般以膨润土为主要研究对象，而将加热器13放置在中心区域，设置好温度参数后，通过两个100T油缸10和千斤顶4对试样进行三向应力加压，打开试验台台架上部水头按钮2，由注水系统模拟地下水的渗透，从而实现三维应力下热-水-力多场耦合实验。

作为本发明的另一种实施方式，参阅图1，本发明包括旋转马达1，水头按钮2，推进油缸3，千斤顶4，试块区5，橡胶垫6，压力板7，实验台8，试验台底板9，100T油缸10，电缆11，样品区12，加热器13，支撑板14。所述100T油缸10有两个，配合油管、油罐使用，均装有数据测量采集系统，分别从两个方向向试块施压。二者施压方向相互垂直。所述加热器13可以实现温度调控，依据用户需要设定不同的温度。所述样品区12是与加热器13为同心圆的一个区域，可用以放置不同性质的物品进行试验研究。根据国内外研究表明，膨润土为工程较理想的屏障缓冲/回填材料，故目前样品区一般主要放置膨润土作为主要的研究对象。所述试块区5为方形试块区，尺寸可调节，用于放置方形试块，四个侧面中和油缸相对的试块另一面由一块带有加强筋的焊接平台上的钢板支顶，在实验台和试块之间有聚氯丁橡胶垫。所述橡胶垫6为聚氯丁橡胶垫，厚度为20mm。所述的压力板7厚度为55mm。进一步的，本发明通过在试块区5放置实验研究试块，一般以花岗岩为主，而后在试块中心钻出样品区12和加热器13放置区域，将样品布置于样品区12，一般以膨润土为主要研究对象，而将加热器13放置在中心区域，设置好温度参数后，通过两个100T油缸10和千斤顶4对试样进行三向应力加压，打开试验台台架上部水头按钮2，由注水系统模拟地下水的渗透，从而实现三维应力下热-水-力多场耦合实验。

作为本发明的第三种实施方式，参阅图1，本发明包括旋转马达1，水头按钮2，推进油缸3，千斤顶4，试块区5，橡胶垫6，压力板7，实验台8，试验台底板9，100T油缸10，电缆11，样品区12，加热器13，支撑板14。所述100T油缸10有两个，配合油管、油罐使用，均装有数据测量采集系统，分别从两个方向向试块施压。二者施压方向相互垂直。所述加热器13可以实现温度调控，依据用户需要设定不同的温度。所述样品区12是与加热器13为同心圆的一个区域，可用以放置不同性质的物品进行试验研究。根据国内外研究表明，膨润土为工程较理想的屏障缓冲/回填材料，故目前样品区一般主要放置膨润土作为主要的研究对象。所述试块区5为方形试块区，尺寸可调节，用于放置方形试块，四个侧面中和油缸相对的试块另一面由一块带有加强筋的焊接平台上的钢板支顶，在实验台和试块之间有聚氯丁橡胶垫。所述橡胶垫6为聚氯丁橡胶垫，厚度为25mm。所述的压力板7厚度为60mm。进一步的，本发明通过在试块区5放置实验研究试块，一般以花岗岩为主，而后在试块中心钻出样品区12和加热器13放置区域，将样品布置于样品区12，一般以膨润土为主要研究对象，而将加热器13放置在中心区域，设置好温度参数后，通过两个100T油缸10和千斤顶4对试样进行三向应力加压，打开试验台台架上部水头按钮2，由注水系统模拟地下水的渗透，从而实现三维应力下热-水-力多场耦合实验。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围内的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会限制于本文所示的这些实施例，而是要符合于本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种三维应力下废物地质处置多场耦合试验台架系统，包括旋转马达（1），水头按钮（2），推进油缸（3），千斤顶（4），试块区（5），橡胶垫（6），压力板（7），实验台（8），试验台底板（9），100T油缸（10），电缆（11），样品区（12），加热器（13），支撑板（14），其特征是所述的旋转马达（1），水头按钮（2），推进油缸（3），千斤顶（4）均位于试验台支架上，自上而下顺序排列，所述的100T油缸（10）有两个，位于试验台底板（9）之上，配合油管、油罐使用，均装有数据测量采集系统，分别从两个方向向压力板（7）的一个侧面施压，二者施压方向相互垂直，压力板（7）另一侧面与试块区（5）紧密连接，支撑板（14）和试块区（5）之间有橡胶垫（6），试块区（5）中心圆柱为样品区（12），样品区（12）嵌套着的圆柱区域为加热器（13），试块区（5）四个侧面中和油缸相对的试块另一面由一块带有加强筋的焊接平台上的钢板支顶，在实验台（8）和试块之间有胶垫。

2.如权利要求1中所述的三维应力下废物地质处置多场耦合试验台架系统，其特征在于：所述样品区（12）是与加热器（13）为同心圆的一个区域，可用以放置不同性质的物品进行试验研究。

3.如权利要求1中所述的三维应力下废物地质处置多场耦合试验台架系统，其特征在于：所述橡胶垫（6）为聚氯丁橡胶垫，厚度不低于16mm。

4.如权利要求1中所述的三维应力下废物地质处置多场耦合试验台架系统，其特征在于：所述的压力板（7）厚度不低于50mm。