CN111610313A - 一种缓冲材料砌块组合接缝愈合效应测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种缓冲材料砌块组合接缝愈合效应测试装置及方法，其中测试装置包括透明板结构、连接管路、进水系统、水气流出系统、试样、摄像头和数据采集系统。本发明通过实时采集缓冲材料砌块与围岩之间以及组合砌块之间接缝愈合过程的图像及视频数据，获得接缝愈合全过程，揭示处置库缓冲材料组合接缝愈合效应规律，能够为高放废物深地质处置库工程设计提供依据。

Description

一种缓冲材料砌块组合接缝愈合效应测试装置及方法
技术领域
本发明涉及高放废物处置库缓冲材料技术领域，特别是涉及一种缓冲材料砌块组合接缝愈合效应测试装置及方法。
背景技术
在高放废物地质处置库中，缓冲材料作为多重屏障系统的重要组成部分，充填在围岩与废物罐之间，阻止地下水入渗、阻滞废物罐泄露的放射性废物向周围环境的迁移。
工程屏障施工分为压实块砌筑法和原位压实法，采用压实块砌筑法进行施工，缓冲材料砌块与围岩之间以及组合砌块之间都会产生接缝。接缝的存在会降低散失放射性核素衰变热的能力，缩短地下水渗流到达废物罐的时间，增加放射性废物外泄的可能，进而有可能削弱缓冲材料的屏障作用。
因此，针对高放废物地质处置工程屏障中存在的复杂而不可避免的组合接缝形式，提供一种测试装置和测试方法，用于掌握不同类型接缝不同愈合程度，准确测试组合接缝的愈合情况，以及为高放废物地质处置库设计及建造提供理论依据，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种缓冲材料砌块组合接缝愈合效应测试装置及方法，实时采集缓冲材料砌块与围岩之间以及组合砌块之间接缝愈合过程的图像及视频数据，获得接缝愈合全过程，揭示处置库缓冲材料组合接缝愈合效应规律，为高放废物深地质处置库工程设计提供依据。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明公开了一种缓冲材料砌块组合接缝愈合效应测试装置，包括：
透明板结构，所述透明板结构包括相对固定的上透明板和下透明板，所述上透明板与所述下透明板之间形成板接缝，所述透明板结构的中部设有上下贯通的样品凹槽，所述透明板结构内设有进水孔道和水气流出孔道，所述进水孔道的第一端和所述水气流出孔道的第一端均与所述样品凹槽连通，所述进水孔道与所述水气流出孔道沿所述板接缝延伸至所述透明板结构的边缘，所述进水孔道的第二端和所述水气流出孔道的第二端分别固定有进水管接头和水气流出管接头；
连接管路，所述连接管路包括流入管路和流出管路，所述流入管路的第一端与所述进水管接头连通，所述流出管路的第一端与所述水气流出管接头连通；
进水系统，所述进水系统的出水端与所述流入管路的第二端连通；
水气流出系统，所述水气流出系统的水气流入端与所述流出管路的第二端连通；
试样，所述试样整体为圆柱状，所述试样的整体直径比所述样品凹槽的直径小，所述试样包括上层试样和下层试样，所述上层试样包括两个正对设置的半圆柱，所述下层试样包括两个正对设置的半圆柱，上层及下层正对设置的两个所述半圆柱之间留有试样接缝，上层的所述试样接缝与下层的所述试样接缝垂直，且均与所述进水孔道呈45度夹角；
摄像头，多个所述摄像头用以从上下两侧监测所述试样；
数据采集系统，所述数据采集系统与所述摄像头电连接，用以对摄像头采集的数据进行记录和分析。
优选地，还包括支架，所述摄像头固定于所述支架上。
优选地，还包括螺杆，所述透明板结构上设有上下贯通的螺杆孔，所述螺杆与所述螺杆孔螺纹连接，用以将所述上透明板和所述下透明板紧固密封，所述螺杆的下端伸出所述螺杆孔，用以进行支撑。
优选地，所述半圆柱的直径为50mm，高为10mm。
优选地，所述试样的整体直径比所述样品凹槽的直径小1-2mm。
本发明还公开了一种砌块组合接缝愈合效应测试方法，使用上述的缓冲材料砌块组合接缝愈合效应测试装置，包括如下步骤：
S1、关闭水气流出管接头的开关，打开进水管接头的开关，调节进水系统，加载水压控制在10kPa，开始测试试验，记录进水系统加载水压及流量；
S2、数据采集系统实时保存、定期分析摄像头采集的组合接缝的图像、视频数据；
S3、待观测到板接缝在进水处发生愈合时，调节进水系统，加载水压控制在20kPa，记录进水系统加载水压及流量；
S4、重复步骤S3，待观察到下层试样的接缝发生愈合以及试样与样品凹槽间缝隙宽度小于1mm时，调节进水系统，加载水压控制在50kPa，记录进水系统加载水压及流量；
S5、待观察到上层试样的接缝开始愈合以及试样与样品凹槽间缝隙刚刚愈合时，调节进水系统，加载水压控制在100kPa，记录进水系统加载水压及流量；
S6、待观察到上层试样的接缝以及试样与样品凹槽间缝隙完全愈合时，调节进水系统，加载水压控制在200kPa，记录进水系统加载水压及流量，直至观察试样顶部无接缝及愈合痕迹；
S7、待观察上层试样无接缝及愈合痕迹时，关闭进水系统，取出试样，以半圆柱之间的试样接缝初始宽度为单元，平行“十字型”接缝向两侧各截取5段，再垂向分层切割11层，试样顶底面2层层厚1mm，中间9层层厚2mm，确保不破坏初始水平接触接缝层面，进行干密度及导热等性能测试，并选取不同部位(径向、层位)样品进行微观结构测试，整理数据，进一步分析不同组合接缝愈合情况，完成试验，获得缓冲材料砌块组合接缝愈合效应。
优选地，在步骤S6中，若出现进水系统没有进水量时，调节水气流出系统压力使其与进水系统相同，打开水气流出管接头的开关，调节测试装置内气压与水压，待进水系统有进水量时，关闭水气流出管接头的开关；若进水系统无进水量时，调节进水系统，加载水压按100kPa增量逐渐增大，至进水系统有进水量，关闭水气流出管接头开关。
优选地，稳定加载水压直至接缝完全愈合时，加载水压最大不超过1MPa。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
(1)本发明的测试装置采用透明板结构，可清晰地观察膨润土砌块接缝愈合全过程，使用双摄像头及数据采集系统，可以准确地采集砌块愈合过程数据，掌握膨润土砌块接缝愈合效应规律；
(2)本发明可测试缓冲材料砌块砌筑后存在的砌块与围岩之间的接缝，也可也以测试组合砌块之间砌筑接缝和接触接缝，更好地掌握处置库中缓冲材料砌块砌筑而存在的各种接缝的愈合情况；为高放废物地质处置库设计及建造提供理论依据。
(3)本发明可模拟处置库发生地下水入渗，测试不同组合接缝的愈合效应；
(4)本发明的测试方法操作方便，可实时记录、连续测试，能够实现快速、准确的测定接缝愈合效应，掌握接缝愈合效应规律；
(5)本发明增设了水气流出系统及相应控制方法，可有效调节装置内水/气压力，在保证试验效果情况下加快试验进。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实施例缓冲材料砌块组合接缝愈合效应测试装置的结构示意图；
图2为上透明板的结构示意图；
图3为下透明板的结构示意图；
图4为试样的结构示意图；
图5为试样切割取样示意图；
附图标记说明：1-数据采集系统；2-支架；3-摄像头；4-螺杆；5-进水管接头；6-流入管路；7-进水系统；8-水气流出系统；9-流出管路；10-水气流出管接头；11-试样；12-上透明板；13-下透明板；14-螺杆孔；15-水气流出孔道；16-样品凹槽；17-进水孔道；18-试样接缝，19试样初始接缝，20切割样品段。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种缓冲材料砌块组合接缝愈合效应测试装置及方法，实时采集缓冲材料砌块与围岩之间以及组合砌块之间接缝愈合过程的图像及视频数据，获得接缝愈合全过程，揭示处置库缓冲材料组合接缝愈合效应规律，为高放废物深地质处置库工程设计提供依据。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-5所示，本实施例提供一种缓冲材料砌块组合接缝愈合效应测试装置，包括透明板结构、连接管路、进水系统7、水气流出系统8、试样11、摄像头3和数据采集系统1。
其中，透明板结构包括相对固定的上透明板12和下透明板13，上透明板12与下透明板13之间形成板接缝。透明板结构的中部设有上下贯通的样品凹槽16，透明板结构内设有进水孔道17和水气流出孔道15。进水孔道17的第一端和水气流出孔道15的第一端均与样品凹槽16连通，进水孔道17与水气流出孔道15沿板接缝延伸至透明板结构的边缘，进水孔道17的第二端和水气流出孔道15的第二端分别固定有进水管接头5和水气流出管接头10。连接管路包括流入管路6和流出管路9，流入管路6的第一端与进水管接头5连通，流出管路9的第一端与水气流出管接头10连通。进水系统7的出水端与流入管路6的第二端连通，水气流出系统8的水气流入端与流出管路9的第二端连通。进水系统7用于向装置内供水，水气流出系统8用于调节装置内水、气压力。试样11整体为圆柱状，试样11的整体直径比样品凹槽16的直径小，试样11包括上层试样11和下层试样11，上层试样11包括两个正对设置的半圆柱，下层试样11包括两个正对设置的半圆柱，上层及下层正对设置的两个半圆柱之间留有试样接缝18，上层的试样接缝18与下层的试样接缝18垂直，且均与进水孔道17呈45度夹角。多个摄像头3用以从上下两侧监测试样11，数据采集系统1与摄像头3电连接，用以对摄像头3采集的数据进行记录和分析。
摄像头3的固定方式有多种，本实施例中还包括支架2，摄像头3固定于支架2上。上下同时布设摄像头3的目的是准确记录不同位置及类型接缝的愈合情况，确保合理加载控制水压，确保测试顺利、高效完成。
为了便于将上透明板12和下透明板13紧固密封，本实施例还包括螺杆4，透明板结构上设有上下贯通的螺杆孔14，螺杆4与螺杆孔14螺纹连接，通过螺杆4实现上透明板12和下透明板13的相对固定。螺杆4的下端伸出螺杆孔14，用以进行支撑。
对于具体的结构尺寸，本领域技术人员可以根据需要进行设计。本实施例中，半圆柱的直径为50mm，高为10mm。试样11的整体直径比样品凹槽16的直径小1-2mm。
该测试系统的安装过程包括如下步骤：
A、按预定的初始干密度等参数要求，将缓冲材料制备成四个半圆柱样品，并将其压制为试样11；将压制好的试样11放入样品凹槽16中；将上透明板12与下透明板13的样品凹槽16对齐放置，确保不触碰已放置好的试样11，对齐对应位置的螺杆孔14，通过螺杆4紧固密封，将螺杆4下端支设在工作台上。
B、将进水系统7、水气流出系统8连接好；进水系统7加载的去离子水通过流入管路6、进水孔道17到达试样11的中部位置。
C、将2个摄像头3固定在支架2上，分别布设在试样11的正上方和正下方，并与数据采集系统1连接。
D、调试数据采集系统1，将摄像头3调试至最清晰状态。
样品安装完毕后，多种形式接缝组合同时出现。组合接缝是高放废物地质处置存在的复杂而不可避免的存在形式，遇水之后不同类型接缝的整体的愈合情况关系到高放射性废物最终的安全处置。其中，试样11内部的接缝用以表征缓冲材料砌块内部的组合接缝，试样11与样品凹槽16之间的接缝用以表征缓冲材料砌块与围岩之间的接缝，上透明板12与下透明板13之间形成的板接缝用以表征围岩内部的接缝。
本实施例还提供一种砌块组合接缝愈合效应测试方法，使用上述的缓冲材料砌块组合接缝愈合效应测试装置，包括如下步骤：
S1、关闭水气流出管接头10的开关，打开进水管接头5的开关，调节进水系统7，加载水压控制在10kPa，开始测试试验，记录进水系统7加载水压及流量；
S2、数据采集系统1实时保存、定期分析摄像头3采集的组合接缝的图像、视频数据；
S3、待观测到板接缝在进水处发生愈合时，调节进水系统7，加载水压控制在20kPa，记录进水系统7加载水压及流量；
S4、重复步骤S3，待观察到下层试样11的接缝发生愈合以及试样11与样品凹槽16间缝隙宽度小于1mm时，调节进水系统7，加载水压控制在50kPa，记录进水系统7加载水压及流量；
S5、待观察到上层试样11的接缝开始愈合以及试样11与样品凹槽16间缝隙刚刚愈合时，调节进水系统7，加载水压控制在100kPa，记录进水系统7加载水压及流量；
S6、待观察到上层试样11的接缝以及试样11与样品凹槽16间缝隙完全愈合时，调节进水系统7，加载水压控制在200kPa，记录进水系统7加载水压及流量，直至观察试样11顶部无接缝及愈合痕迹；
S7、待观察上层试样11无接缝及愈合痕迹时，关闭进水系统7，取出试样11，以半圆柱之间的试样接缝18初始宽度为单元，平行“十字型”接缝向两侧各截取5段，再垂向分层切割11层，试样11顶底面2层层厚1mm，中间9层层厚2mm，确保不破坏初始水平接触接缝层面，进行干密度及导热等性能测试，并选取不同部位(径向、层位)样品进行微观结构测试，整理数据，进一步分析不同组合接缝愈合情况，完成试验，获得缓冲材料砌块组合接缝愈合效应。
在步骤S6中，若出现进水系统7没有进水量时，调节水气流出系统8压力使其与进水系统7相同，打开水气流出管接头10的开关，调节测试装置内气压与水压，待进水系统7有进水量时，关闭水气流出管接头10的开关；若进水系统7无进水量时，调节进水系统7，加载水压按100kPa增量逐渐增大，至进水系统7有进水量，关闭水气流出管接头10开关。稳定加载水压直至接缝完全愈合时，加载水压最大不超过1MPa。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种缓冲材料砌块组合接缝愈合效应测试装置，其特征在于，包括：
透明板结构，所述透明板结构包括相对固定的上透明板和下透明板，所述上透明板与所述下透明板之间形成板接缝，所述透明板结构的中部设有上下贯通的样品凹槽，所述透明板结构内设有进水孔道和水气流出孔道，所述进水孔道的第一端和所述水气流出孔道的第一端均与所述样品凹槽连通，所述进水孔道与所述水气流出孔道沿所述板接缝延伸至所述透明板结构的边缘，所述进水孔道的第二端和所述水气流出孔道的第二端分别固定有进水管接头和水气流出管接头；
连接管路，所述连接管路包括流入管路和流出管路，所述流入管路的第一端与所述进水管接头连通，所述流出管路的第一端与所述水气流出管接头连通；
进水系统，所述进水系统的出水端与所述流入管路的第二端连通；
水气流出系统，所述水气流出系统的水气流入端与所述流出管路的第二端连通；
试样，所述试样整体为圆柱状，所述试样的整体直径比所述样品凹槽的直径小，所述试样包括上层试样和下层试样，所述上层试样包括两个正对设置的半圆柱，所述下层试样包括两个正对设置的半圆柱，上层及下层正对设置的两个所述半圆柱之间留有试样接缝，上层的所述试样接缝与下层的所述试样接缝垂直，且均与所述进水孔道呈45度夹角；
摄像头，多个所述摄像头用以从上下两侧监测所述试样；
数据采集系统，所述数据采集系统与所述摄像头电连接，用以对摄像头采集的数据进行记录和分析。
2.根据权利要求1所述的缓冲材料砌块组合接缝愈合效应测试装置，其特征在于，还包括支架，所述摄像头固定于所述支架上。
3.根据权利要求1所述的缓冲材料砌块组合接缝愈合效应测试装置，其特征在于，还包括螺杆，所述透明板结构上设有上下贯通的螺杆孔，所述螺杆与所述螺杆孔螺纹连接，用以将所述上透明板和所述下透明板紧固密封，所述螺杆的下端伸出所述螺杆孔，用以进行支撑。
4.根据权利要求1所述的缓冲材料砌块组合接缝愈合效应测试装置，其特征在于，所述半圆柱的直径为50mm，高为10mm。
5.根据权利要求1所述的缓冲材料砌块组合接缝愈合效应测试装置，其特征在于，所述试样的整体直径比所述样品凹槽的直径小1-2mm。
6.一种砌块组合接缝愈合效应测试方法，使用如权利要求1-4任意一项所述的缓冲材料砌块组合接缝愈合效应测试装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1、关闭水气流出管接头的开关，打开进水管接头的开关，调节进水系统，加载水压控制在10kPa，开始测试试验，记录进水系统加载水压及流量；
S2、数据采集系统实时保存、定期分析摄像头采集的组合接缝的图像、视频数据；
S3、待观测到板接缝在进水处发生愈合时，调节进水系统，加载水压控制在20kPa，记录进水系统加载水压及流量；
S4、重复步骤S3，待观察到下层试样的接缝发生愈合以及试样与样品凹槽间缝隙宽度小于1mm时，调节进水系统，加载水压控制在50kPa，记录进水系统加载水压及流量；
S5、待观察到上层试样的接缝开始愈合以及试样与样品凹槽间缝隙刚刚愈合时，调节进水系统，加载水压控制在100kPa，记录进水系统加载水压及流量；
S6、待观察到上层试样的接缝以及试样与样品凹槽间缝隙完全愈合时，调节进水系统，加载水压控制在200kPa，记录进水系统加载水压及流量，直至观察试样顶部无接缝及愈合痕迹；
S7、待观察上层试样无接缝及愈合痕迹时，关闭进水系统，取出试样，以半圆柱之间的试样接缝初始宽度为单元，平行“十字型”接缝向两侧各截取5段，再垂向分层切割11层，试样顶底面2层层厚1mm，中间9层层厚2mm，确保不破坏初始水平接触接缝层面，进行干密度及导热等性能测试，并选取不同部位(径向、层位)样品进行微观结构测试，整理数据，进一步分析不同组合接缝愈合情况，完成试验，获得缓冲材料砌块组合接缝愈合效应。
7.根据权利要求6所述的砌块组合接缝愈合效应测试方法，其特征在于，在步骤S6中，若出现进水系统没有进水量时，调节水气流出系统压力使其与进水系统相同，打开水气流出管接头的开关，调节测试装置内气压与水压，待进水系统有进水量时，关闭水气流出管接头的开关；若进水系统无进水量时，调节进水系统，加载水压按100kPa增量逐渐增大，至进水系统有进水量，关闭水气流出管接头开关。
8.根据权利要求7所述的砌块组合接缝愈合效应测试方法，其特征在于，稳定加载水压直至接缝完全愈合时，加载水压最大不超过1MPa。
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