CN107014730A - 一种模拟真实地下水侵蚀核废料处置库缓冲材料的方法 - Google Patents
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Abstract
一种模拟真实地下水侵蚀核废料处置库缓冲材料的方法，是先采用三轴压力室获得缓冲材料膨润土的饱和土样，进而将需要测试的膨润土试样放置在饱和土样之上再从下方缓慢注水。本发明可以最大限度的模拟实际核废料处置库缓冲材料膨润土中地下水的渗流，能够对地下处置库缓冲材料的膨胀性和气密性评价提供更贴合实际的指导。
Description
技术领域
本发明涉及一种防渗材料现场吸水演化过程室内模拟方法，尤其是一种模拟真实地下水侵蚀核废料处置库缓冲材料的方法。
背景技术
近年来，随着中国经济的快速发展，能源短缺问题越来越严重，发展和利用核能已经作为一种重要的解决方案，我国为此建造了多座核电站，“十三五”规划更是明确了发展核电的目标，核电的发展会产生大量的高水平放射性核废料(高放废物)，这会对环境、人类生命财产安全带来非常大的隐患，核废料处置已经成为急迫解决的课题。
目前世界上广泛认可的高放废物地质处置方法是深埋于地层中(500m-1000m)，即建立地质处置库，处置库主要由主巷道和处置巷道组成，高放废物放在处置巷道中，高放废物的处置通常采用多重屏障系统，包括围岩地质屏障1，基于膨润土3的缓冲材料和废物贮存容器2的人工屏障，如图1所示，为高放废物放在处置库内的截面图，高放废物4放置在用特殊材料制作的容器密封，之后用膨润土材料包裹，膨润土作为缓冲材料具有固定废物、屏蔽辐射、阻滞地下水进入处置库、阻滞放射性核素迁移的功能。从图1中的箭头标识的地下水流动，可以看出，随着时间的推移，围岩中的地下水将从四周逐渐侵蚀到膨润土材料中，膨润土将逐渐吸水膨胀，从而填满膨润土块体之间以及膨润土块体与围岩之间的空隙，从而起到密封作用。因此，研究地下水侵蚀膨润土有助于更好的理解其吸水膨胀性能和密封性能。
对于膨润土膨胀特性和密封性能的研究，多是在实验室进行，借助于三轴压力室模拟围岩作用下水渗流对膨润土材料密封性能的影响，而实验室通常是直接对材料进行注水来模拟地下水的作用，例如在室内通过试验模拟膨润土吸水膨胀，并测定其膨胀力和气密性时，通常是利用水泵直接进行注水，由于较高的注水压力，将直接改变和影响膨润土的孔隙结构，进而影响其膨胀力和气密性，和实际环境中地下水缓慢渗流入侵膨润土有较大不同，因此，就导致实验室试验很难得出和工程实际相吻合的结果。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明提供的是一种模拟真实地下水侵蚀核废料处置库缓冲材料的方法，借助于本方法，可以最大限度的模拟实际膨润土中地下水的侵蚀过程，能够对地下处置库缓冲材料的膨胀性和气密性评价提供更贴合实际的指导。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种模拟真实地下水侵蚀核废料处置库缓冲材料的方法，第一步，获得用于模拟真实环境的饱和土样：将加工好的缓冲材料膨润土试样外面使用加工好的岩芯包裹，然后放入三轴压力室中，从三轴压力室下部注水，直到膨润土试样饱和，即获取饱和土样；第二步，进行渗流试验：打开三轴压力室，在饱和土样的上部放置缓冲材料膨润土的待测土样，待测土样外部同样使用岩芯包裹，并将饱和土样及待测土样共同固定住，之后，从三轴压力室下端缓慢注水。
相比现有的测定仪，本发明的一种模拟真实地下水侵蚀核废料处置库缓冲材料的方法，是先采用三轴压力室获得饱和土样，进而将需要测试的膨润土试样放置在饱和土样之上再从下方缓慢注水，由于饱和土样的作用，水流不再是直接注到待测土样表面，而是缓慢入渗，同时由于试样外壁包有岩芯，也会有水流缓慢入渗，这与实际相符合，采用此法即可获得与真实环境相近的水流渗透过程，试验测试结果与真实情况更加吻合，试验结果对工程实践更有指导价值。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是现有处置库中多重屏障系统的结构示意图。
图2是本发明一个实施例中方法步骤一的示意图。
图3是本发明一个实施例中方法步骤二的示意图。
图中，1、地质屏障，2、容器，3、膨润土，4、高放废物，5、饱和土样，6、岩芯，7、橡胶皮套，8、待测土样。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
参见图2和图3，一种模拟真实地下水侵蚀核废料处置库缓冲材料的方法，操作步骤如下：
首先，获得用于模拟真实环境的饱和土样5：将加工好的缓冲材料非饱和膨润土试样外面使用加工好的岩芯6包裹，然后放入三轴压力室中，从三轴压力室下部利用水泵注水，直到膨润土试样饱和，即获取饱和土样5；
然后，进行渗流试验：打开三轴压力室，在饱和土样5的上部放置待测缓冲材料膨润土的非饱和土样(即待测土样8)，需要待测土样8外部同样使用岩芯6包裹，并将饱和土样5及待测土样8共同固定住，之后，从三轴压力室下端缓慢注水，水将通过下部饱和土样5缓慢渗入上部待测非饱和土样。
实施例中的具体地固定方式，是将包裹岩芯6的膨润土试样安装在三轴压力室的缸筒内，并通过橡胶皮套7固定在三轴压力室上；在放置了待测土样8之后，使用橡胶皮套7将饱和土样5及待测土样8在岩芯6外部固定为一体后共同固定在三轴压力室上。
本发明的渗流过程，由于饱和土样5的作用，水流不再是直接注到待测试样表面，而是缓慢入渗，同时由于试样外壁包有岩芯6，也会有水流缓慢入渗，这与实际相符合，采用此法即可获得与真实环境相近的水流入渗过程，试验测试结果与真实情况更加吻合，试验结果对工程实践更有指导价值。
岩芯模拟了地质屏障，膨润土模拟了人工屏障，在实际的处置库环境中，地下水分别先接触到地质屏障，然后是人工屏障，本方法的意义在于，现场地下水入侵膨润土是一个极其缓慢的渗入过程，而传统通过水泵直接注入到试样底部，很难真实模拟现场的入渗过程。通过本发明的方法，水首先通过水泵进入到下部饱和土样5，由于上部非饱的待测土样8和下部饱和土样5的接触面区域存在能量差，水就在土的孔隙中从能量高(饱和)的点向能量低(非饱和)的点流动，这样下部饱和土样5不断由水泵补充水分，同时不断通过毛细作用给上部非饱和试样提供水分，可以较为真实的模拟现场水的侵蚀过程。
该发明，还可以推广应用于其他领域模拟地下水入侵的室内试验，以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种模拟真实地下水侵蚀核废料处置库缓冲材料的方法，其特征是：
第一步，获得用于模拟真实环境的饱和土样(5)：
将加工好的缓冲材料膨润土试样外面使用加工好的岩芯(6)包裹，然后放入三轴压力室中，从三轴压力室下部注水，直到膨润土试样饱和，即获取饱和土样(5)；
第二步，进行渗流试验：
打开三轴压力室，在饱和土样(5)的上部放置缓冲材料膨润土的待测土样(8)，需要待测土样(8)外部同样使用岩芯(6)包裹，并将饱和土样(5)及待测土样(8)共同固定住，之后，从三轴压力室下端缓慢注水。
2.根据权利要求1所述的一种模拟真实地下水侵蚀核废料处置库缓冲材料的方法，其特征是：所述的第一步中，将包裹岩芯(6)的膨润土试样安装在三轴压力室的缸筒内，并通过橡胶皮套(7)固定在三轴压力室上。
3.根据权利要求2所述的一种模拟真实地下水侵蚀核废料处置库缓冲材料的方法，其特征是：在所述的第二步中，使用橡胶皮套(7)将饱和土样(5)及待测土样(8)在岩芯(2)外部固定为一体后固定在三轴压力室上。
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