CN113686754B - 基于辐照-应力耦合作用下的试样渗透测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于辐照‑应力耦合作用下的试样渗透测试方法，方法包括：制备试样；制备试样包括：制备一初始混凝土试块，并将初始混凝土试块加工为具有裂隙面的目标混凝土试块，然后在目标混凝土试块的裂隙面上设置膨润土，使膨润土与目标混凝土试块形成一体结构；对试样通过密封装置进行第一次密封，并将第一次密封后的试样进行辐照；将第一次密封后的试样进行辐照包括：将试样放置于室温的伽马辐射环境中进行辐照；对辐照完成后的试样进行渗透性测试，以获取用于表示试样内部结构变化的测试数据，依据测试数据分析得到用于表示试样内部结构变化的结构参数。可广泛应用于岩石材料性能测试技术领域。
Description
技术领域
本发明属于岩石材料性能测试技术领域，特别涉及基于辐照-应力耦合作用下的试样渗透测试方法。
背景技术
目前，放射性核废物的科学合理处置是关系到国计民生的重要议题，将高放射性核废物贮存在稳定的地下岩土体中，是目前国际上比较认可的核废料处置方法。世界上许多国家对于高放废物处置库的建设模型都倾向于采用“多重屏障系统”设计，“多重屏障系统”分为人工屏障和天然屏障。缓冲层/衬砌是高放废物地质处置中的最后人工屏障。膨润土因具有较低的水力传导性、多微孔结构、良好的吸收特性和塑性，在大多数高放废物处置库概念中被选为缓冲层材料，衬砌材料一般选用混凝土。在处置库近场条件下，缓冲层/衬砌将长期受到辐射的作用。国外一些研究显示，辐射会对膨润土/混凝土的性能产生影响。缓冲层/衬砌作为处置设施中的主要工程屏障，其渗透性对地下核废物处置的长期安全性是至关重要的，而缓冲层/衬砌交界面的渗透性往往最为关键，对高放废弃物地下埋存中污染物运移起重要作用。然而，目前尚未查阅到有关于缓冲层/混凝土交界面渗透性研究的相关报道。
可见，辐射会对膨润土/混凝土的性能产生影响。缓冲层/衬砌作为处置设施中的主要工程屏障，其渗透性对地下核废物处置的长期安全性是至关重要的；
也即，对于高放射性核废物贮存在稳定的地下岩土体对缓冲层和衬砌层产生的影响而言，找到缓冲层/衬砌交界面的渗透性规律，是本领域亟需解决的技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供基于辐照-应力耦合作用下的试样渗透测试方法，以至少解决上述部分技术问题。
为至少解决上述部分技术问题，第一方面，本发明提供了基于辐照-应力耦合作用下的试样渗透测试方法，所述方法包括：制备所述试样；所述制备所述试样包括：制备一初始混凝土试块，并将所述初始混凝土试块加工为具有裂隙面的目标混凝土试块，然后在所述目标混凝土试块的所述裂隙面上设置膨润土，使所述膨润土与所述目标混凝土试块形成一体结构；对所述试样通过密封装置进行第一次密封，并将第一次密封后的所述试样进行辐照；所述将第一次密封后的所述试样进行辐照包括：将所述试样放置于室温的伽马辐射环境中进行辐照；对辐照完成后的所述试样进行渗透性测试，以获取用于表示所述试样内部结构变化的测试数据，依据所述测试数据分析得到用于表示所述试样内部结构变化的结构参数。
在第一方面中，所述制备一初始混凝土试块包括：将混凝土浆导入圆筒状模具；将模具放置在振动台上振捣，使所述模具内的所述混凝土浆被振动为密实状态；将密实状态的混凝土浆先蒸汽养护24小时，再放置于水池养护7天后，被制备为达到预设强度的所述初始混凝土试块。
在第一方面中，所述将所述初始混凝土试块加工为具有裂隙面的目标混凝土试块包括：将所述初始混凝土试块通过巴西劈裂试验劈裂为大小一致的两个半圆形实体结构；选取其中一个半圆形实体结构作为所述目标混凝土试块。
在第一方面中，所述在所述目标混凝土试块的所述裂隙面上设置膨润土，使所述膨润土与所述目标混凝土试块形成一体结构包括：将所述目标混凝土试块放置于圆筒状的所述模具中，并占据所述模具的一半空间；将预设质量的膨润土放入模具，占据所述模具的另一半空间，并将所述膨润土按照预设密度和含水量制备为与所述目标混凝土形成一体的固体结构。
在第一方面中，对所述试样通过密封装置进行第一次密封包括：将所述试样通过锡箔纸进行包裹；然后将被锡箔纸包裹的所述试样置于金属筒内进行密封。
在第一方面中，对所述试样通过第一密封装置进行第一次密封后，对所述试样进行密封检漏。
在第一方面中，所述将所述试样放置于室温的伽马辐射环境中进行辐照包括：将所述试样放置于室温的钴源环境中进行辐照。
在第一方面中，所述将第一次密封后的所述试样进行辐照后，所述方法还包括：将辐照后的所述试样进行解封；将解封后的所述试样通过热缩套管进行第二次密封；将进行第二次密封后的所述试样放入三轴试验机上，对所述试样进行渗透性测试。
在第一方面中，所述将进行第二次密封后的所述试样放入三轴试验机上，对所述试样进行渗透性测试包括：第一次对所述试样施加围压和反压，使所述试样达到饱和。
在第一方面中，所述将进行第二次密封后的所述试样放入三轴试验机上，对所述试样进行渗透性测试包括：对达到饱和的所述试样第二次施加围压和反压，使所述试样达到固结；对所述固结后的所述试样采用瞬态法或稳态法进行渗透性测试，以获取用于表示所述试样内部结构变化的测试数据，依据所述测试数据分析得到用于表示所述试样内部结构变化的结构参数。
有益效果：
本发明提供的基于辐照-应力耦合作用下的试样渗透测试方法，通过对辐照完成后的试样进行渗透性测试，以获取用于表示试样内部结构变化的测试数据，再依据测试数据分析得到用于表示试样内部结构变化的结构参数；这样就能通过该结构参数找到试样的渗透规律，进而为找到缓冲层/衬砌交界面的渗透性规律提供试验参照；在试验时，先制备试样，且制备试样需选取一初始混凝土试块，然后将初始混凝土试块加工为具有裂隙面的目标混凝土试块，再在该裂隙面上设置膨润土，使膨润土与目标混凝土试块形成一体结构，以用于模拟缓冲层/衬砌交界结构，试样制备完成后，通过密封装置对试样进行第一次密封，继而在将密封后的试样放置于伽马环境下进行辐照，以使得试样具备实际的地下岩土环境中被核废物辐射的状态，最后对辐照完成后的试样进行渗透性测试，以获取用于表示试样内部结构变化的测试数据，再依据测试数据分析得到用于表示试样内部结构变化的结构参数；这样就能通过该结构参数找到试样的渗透规律，进而为找到缓冲层/衬砌交界面的渗透性规律提供试验参照。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书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为本实施例一提供的基于辐照-应力耦合作用下的试样渗透测试方法的流程图；
图2为本实施例二提供的一种系统的示意图；
附图标记：
1、试样；
2、膨润土试块；
3、混凝土试块；
4、压头；
5、水压通道；
6、密封圈；
7、透水石；
8、热缩套筒；
9、轴向压力；
10、水压；
11、环向压力。
具体实施方式
下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书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说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围；其中本实施中所涉及的“和/或”关键词，表示和、或两种情况，换句话说，本说明书实施例所提及的A和/或B，表示了A和B、A或B两种情况，描述了A与B所存在的三种状态，如A和/或B，表示：只包括A不包括B；只包括B不包括A；包括A与B。
同时，本说明书实施例中，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本说明书实施例中所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明目的，并不是旨在限制本发明。
实施例一：
请参阅图1，本发明的实施例一提供了基于辐照-应力耦合作用下的试样渗透测试方法，所述方法包括：制备所述试样；所述制备所述试样包括：制备一初始混凝土试块，并将所述初始混凝土试块加工为具有裂隙面的目标混凝土试块，然后在所述目标混凝土试块的所述裂隙面上设置膨润土，使所述膨润土与所述目标混凝土试块形成一体结构；对所述试样通过密封装置进行第一次密封，并将第一次密封后的所述试样进行辐照；所述将第一次密封后的所述试样进行辐照包括：将所述试样放置于室温的伽马辐射环境中进行辐照；对辐照完成后的所述试样进行渗透性测试，以获取用于表示所述试样内部结构变化的测试数据，依据所述测试数据分析得到用于表示所述试样内部结构变化的结构参数；
在上述实施例一的技术方案中，通过对辐照完成后的试样进行渗透性测试，以获取用于表示试样内部结构变化的测试数据，再依据测试数据分析得到用于表示试样内部结构变化的结构参数；这样就能通过该结构参数找到试样的渗透规律，进而为找到缓冲层/衬砌交界面的渗透性规律提供试验参照；在试验时，先制备试样，且制备试样需选取一初始混凝土试块，然后将初始混凝土试块加工为具有裂隙面的目标混凝土试块，再在该裂隙面上设置膨润土，使膨润土与目标混凝土试块形成一体结构，以用于模拟缓冲层/衬砌交界结构，试样制备完成后，通过密封装置对试样进行第一次密封，继而在将密封后的试样放置于伽马环境下进行辐照，以使得试样具备实际的地下岩土环境中被核废物辐射的状态，最后对辐照完成后的试样进行渗透性测试，以获取用于表示试样内部结构变化的测试数据，再依据测试数据分析得到用于表示试样内部结构变化的结构参数；这样就能通过该结构参数找到试样的渗透规律，进而为找到缓冲层/衬砌交界面的渗透性规律提供试验参照。
具体而言，对于上述实施例一中制备一初始混凝土试块的技术方案而言，本实施例一提出一种实施方式，该实施方式包括：先将混凝土浆导入圆筒状模具，且该模具的尺寸优选为：
然后将模具放置在振动台上振捣，使模具内的混凝土浆被振动为密实状态；最后将密实状态的混凝土浆先蒸汽养护24小时，再放置于水池养护7天后，被制备为达到预设强度的初始混凝土试块。
具体而言，对于上述实施例一中将初始混凝土试块加工为具有裂隙面的目标混凝土试块的技术方案而言，本实施例一提出一种实施方式，该实施方式具体包括：将初始混凝土试块通过巴西劈裂试验劈裂为大小一致的两个半圆形实体结构；选取其中一个半圆形实体结构作为目标混凝土试块，需要说明的是，巴西劈裂试验为本领域技术人员所公知的技术，故本发明的实施例中不在对其进行具体解释。
进一步地，对于在目标混凝土试块的裂隙面上设置膨润土，使膨润土与目标混凝土试块形成一体结构而言，本实施例一提出一种实施方式，该实施方式包括：将目标混凝土试块放置于圆筒状的模具中，并占据模具的一半空间；将预设质量的膨润土放入模具，占据模具的另一半空间，并将膨润土按预设密度和预设含水量制备为与目标混凝土形成一体的固体结构；需要说明的是，膨润土的质量份数，可以根据在实际的试样制备中混凝土尺寸的大小来进行灵活调整，或者通过其他利于本发明进行渗透试验的有效条件来确认膨润土的质量份数亦可。
对于上述实施例一中对试样通过密封装置进行第一次密封的技术方案而言，其可以通过如下的具体实施方式来实现，该实施方式具体包括：先将试样通过锡箔纸进行包裹；然后将被锡箔纸包裹的试样置于金属筒内进行密封，最后将其放置于室温的辐照环境中进行辐照；
基于上述实施例一中通过密封装置对试样进行第一次密封的技术方案而言，为了保障后续辐照过程中试样中水分不会遗失，进而破坏试样的内部结构，本实施例一提出了一种实施方式，该实施方式具体包括：对试样通过密封装置进行第一次密封后，对装有试样的所述第一密封装置进行密封性检测，以通过检测结果来判定密封装置的密封性。
基于上述实施例一中将试样放置于室温的伽马辐射环境中进行辐照技术方案，本实施例提出一种具体的辐照方法，该方法包括：将试样放置于室温的钴源环境中进行辐照。需要说明的是：发明的主要背景是高放废物地质处置，高放废物具有裂变性质，在衰变过程中可辐射出α、β、γ射线，γ射线穿透性最强，危害最大。钴-60是一种人工放射性核素，是目前比较常用的γ射线辐射源。应当知晓有其他元素放射源可替代钴源，比如铯-137，但是相比铯-137，钴-60活度高，能量大，目前在各个领域应用更广泛。本发明的实施例一中采用钴源进行辐照，可模拟高放废物处置过程中核衰变产生的伽玛辐射对处置库围岩的辐照作用。
基于上述实施例一中将第一次密封后的试样进行辐照的技术方案，对于该方案而言，第一次密封是通过上述实施例一中的锡箔纸和金属筒共同完成的，那么对于通过锡箔纸和金属筒的密封方式而言，其通过双层的密封方式，使得密封性较强，同时，锡箔纸对试样进行包覆后，不利于后续的渗透性测试，因此，本实施例一提出一种实施方式，该实施方式包括：先将辐照后的试样进行解封，是锡箔纸和金属筒脱离试样，然后将解封后的试样通过热缩套管进行第二次密封；最后将进行第二次密封后的试样放入三轴试验机上，以对其进行渗透性测试。
进一步地，在上述实施例一中，将经过第二次密封后的试样放入三轴试验机以后，为了进一步地测得试样在不同密度情况下的渗透性数据，本实施例一提出了一种实施方式，以解决上述技术问题，该实施方式包括：利用三轴试验机第一次对试样施加围压和反压，使试样达到饱和，以使试样尽量接近处置库高放废物处置时的真实状态；
进一步地，在试样达到饱和的情况下，本实施例提出了另一种实施方式，该实施方式包括：对达到饱和的试样第二次施加围压和反压，使试样达到固结；对固结后的试样采用瞬态法或稳态法进行渗透性测试，以获取用于表示试样内部结构变化的测试数据，依据测试数据分析得到用于表示试样内部结构变化的结构参数。
请继续参阅图1，附图中标记S1用于表示：制备所述试样；S2用于表示：对所述试样通过密封装置进行第一次密封，并将第一次密封后的所述试样进行辐照；S3用于表示：对辐照完成后的所述试样进行渗透性测试，以获取用于表示所述试样内部结构变化的测试数据，依据所述测试数据分析得到用于表示所述试样内部结构变化的结构参数。
实施例二：
请参阅图2，本发明的实施例二提出了一种系统，该系统应用于上述基于辐照-应力耦合作用下的试样1渗透测试方法，系统用于对试样1进行渗透性测试，所述试样1为圆柱形，且试样1由一对半圆形实体组合形成一体结构，一对半圆形实体的一个半圆形实体为混凝土试块3另一半为膨润土试块2，所述系统包括：
密封装置、三轴试验机、辐照室、数据获取装置和PC端；
所述密封装置内包覆试块，所述密封装置设置在所述三轴试验机内；
所述辐照室用于对所述试块进行辐照；
所述三轴试验机用于临时固定所述密封装置，并向所述密封装置施加环向压力11、轴向压力9以及通过施加水压10进行渗透性试验；
所述数据获取装置用于在试样1进行渗透性测试时，获取用于表示所述试样1内部结构变化的测试数据，并将测试数据传输至PC端；
所述PC端用于依据所述测试数据分析得到用于表示所述试样1内部结构变化的结构参数。
具体而言，对于密封装置而言，其可以包括：
热缩套筒8，所述热缩套筒8包括中部管段和对应位于中部管段两边的侧部管段；
所述中部管段用于包覆所述试样1，所述两边的侧部管段均设置有透水石7和压头4，所述透水石7设置在压头4和所述试样1之间，所述透水石7中部还设置有密封圈6；
压头4内还设置有连通外部的水压10通道5，用于向压头4内输入水源，并将该水源最终均匀输入至透水石7上，再由透水石7将水均匀渗透至试样1的端面以及裂隙面内进行渗透性测试。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.基于辐照-应力耦合作用下的试样渗透测试方法，其特征在于，所述方法包括：
制备所述试样；所述制备所述试样包括：制备一初始混凝土试块，并将所述初始混凝土试块加工为具有裂隙面的目标混凝土试块，然后在所述目标混凝土试块的所述裂隙面上设置膨润土，使所述膨润土与所述目标混凝土试块形成一体结构；所述将所述初始混凝土试块加工为具有裂隙面的目标混凝土试块包括：将所述初始混凝土试块通过巴西劈裂试验劈裂为大小一致的两个半圆形实体结构；选取其中一个半圆形实体结构作为所述目标混凝土试块；所述在所述目标混凝土试块的所述裂隙面上设置膨润土，使所述膨润土与所述目标混凝土试块形成一体结构包括：将所述目标混凝土试块放置于圆筒状的模具中，并占据所述模具的一半空间；将预设质量的膨润土放入模具，占据所述模具的另一半空间，并将所述膨润土按照预设的密度、含水量制备为与所述目标混凝土形成一体的固体结构；
对所述试样通过密封装置进行第一次密封，并将第一次密封后的所述试样进行辐照；对所述试样通过密封装置进行第一次密封包括：将所述试样通过锡箔纸进行包裹，然后将被锡箔纸包裹的所述试样置于金属筒内进行密封；所述将第一次密封后的所述试样进行辐照包括：将所述试样放置于室温的伽马辐射环境中进行辐照；
将辐照后的所述试样进行解封；将解封后的所述试样通过热缩套管进行第二次密封；将进行第二次密封后的所述试样放入三轴试验机上，对所述试样进行渗透性测试；对辐照完成后的所述试样进行渗透性测试，以获取用于表示所述试样内部结构变化的测试数据，依据所述测试数据分析得到用于表示所述试样内部结构变化的结构参数。
2.根据权利要求1所述的基于辐照-应力耦合作用下的试样渗透测试方法，其特征在于，所述制备一初始混凝土试块包括：
将混凝土浆导入圆筒状模具；
将模具放置在振动台上振捣，使所述模具内的所述混凝土浆被振动为密实状态；
将密实状态的混凝土浆先蒸汽养护24小时，再放置于水池养护7天后，被制备为达到预设强度的所述初始混凝土试块。
3.根据权利要求1所述的基于辐照-应力耦合作用下的试样渗透测试方法，其特征在于，
对所述试样通过密封装置进行第一次密封后，对装有所述试样的所述第一密封装置进行密封性检测。
4.根据权利要求1所述的基于辐照-应力耦合作用下的试样渗透测试方法，其特征在于，所述将所述试样放置于室温的伽马辐射环境中进行辐照包括：
将所述试样放置于室温的钴源环境中进行辐照。
5.根据权利要求1所述的基于辐照-应力耦合作用下的试样渗透测试方法，其特征在于，所述将进行第二次密封后的所述试样放入三轴试验机上，对所述试样进行渗透性测试包括：
第一次对所述试样施加围压和反压，使所述试样达到饱和。
6.根据权利要求5所述的基于辐照-应力耦合作用下的试样渗透测试方法，其特征在于，所述将进行第二次密封后的所述试样放入三轴试验机上，对所述试样进行渗透性测试包括：
对达到饱和的所述试样第二次施加围压和反压，使所述试样达到固结；
对所述固结后的所述试样采用瞬态法或稳态法进行渗透性测试，以获取用于表示所述试样内部结构变化的测试数据，依据所述测试数据分析得到用于表示所述试样内部结构变化的结构参数。
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