一种缓冲材料多场耦合大型实验台架的位移监测方法技术

本发明专利技术属于高放废物地质处置缓冲材料多场耦合性能试验研究领域，具体涉及一种缓冲材料多场耦合大型实验台架的位移监测方法；本发明专利技术的目的是获得缓冲材料多场耦合实验台架中废物罐(加热器)的移动行为及其影响因素，为高放废物深地质处置库和工程屏障设计和建造提供参数依据和技术支撑；包括以下步骤：步骤一、传感器设计；步骤二、传感器的改进保护；步骤三、传感器安装；步骤四、试验测试。

Displacement monitoring method for multi field coupling large scale experimental bench with cushioning material

The invention belongs to the research field of multi-field coupling performance test of buffer materials for geological disposal of high-level radioactive waste, in particular relates to a displacement monitoring method for multi-field coupling large-scale test bench of buffer materials; the object of the invention is to obtain the movement behavior of waste tank (heater) in the multi-field coupling test bench of buffer materials and its influencing factors, and is as follows: The design and construction of deep geological repository and engineering barrier for high-level radioactive waste provide parameter basis and technical support, including the following steps: step 1, sensor design; step 2, sensor improvement and protection; step 3, sensor installation; step 4, test and test.

【技术实现步骤摘要】
一种缓冲材料多场耦合大型实验台架的位移监测方法
本专利技术属于高放废物地质处置缓冲材料多场耦合性能试验研究领域，具体涉及一种缓冲材料多场耦合大型实验台架的位移监测方法。
技术介绍
随着核工业的迅速发展，高放废物处置已成为关系到环境保护和核工业可持续发展的重大问题。高放废物放射性水平高，毒性大，发热量大，若不加以安全处置，会对自然环境和人类社会带来巨大的灾难。在高放废物处置中，深地质处置被国际上公认为处置高放废物最有效可行的方法。膨润土由于具有极低的渗透性和优良的核素吸附等性能，已被国际上多个国家选作缓冲材料。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一道重要的人工屏障，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。所以，缓冲材料的选择及其特性研究和性能评价显得尤为重要。在高放废物地质处置库运行和关闭后，由于高放废物释热、地下水入侵和地应力等因素，缓冲材料长期处于温度场、渗流场和应力场相互耦合作用下，属于典型的热-水-力(THM)多场耦合环境条件。因此，缓冲材料膨润土在热量和地下水等作用下要产生非常复杂的“热-水-力”耦合现象。为了确保缓冲材料的长期安全性，必须对这个体系的主要现象进行科学的模拟试验与数值分析。目前，根据我国的高放废物地质处置概念设计，即把高放废物(乏燃料或者玻璃固化体)储存在废物罐中、外面填充一定厚度的压实膨润土块作为缓冲材料，再向外为天然地质围岩(花岗岩、凝灰岩或者盐岩等)。而缓冲材料热-水-力耦合性能试验台架(Mock-up)可以克服空间和时间上的限制，在可控边界条件和加载条件下开展缓冲材料多场耦合性能试验最基本的验证试验。试验台架以花岗岩腔体或不锈钢腔体模拟围岩环境，采用电加热器模拟高放废物罐释热，采用高压进水系统模拟地下水渗流，模拟温度场、渗流场和应力场共同作用的热-水-力多场耦合环境。因此，缓冲材料多场耦合试验台架一般包括垂直罐体、膨润土块、加热器、注水装置以及数据采集系统等部分。在高放废物地质处置库中，由于缓冲材料饱和渗透和地应力分布等因素的非均匀性，可能导致废物罐的移动和倾斜，破坏缓冲材料的密闭性，从而影响整个处置库的安全稳定运行。因此，建立一种缓冲材料多场耦合大型实验台架的位移监测方法，揭示废物罐(加热器)在模拟处置库条件下的移动行为及其影响因素，可以为处置库缓冲材料体系设计提供关键参数和技术支撑。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对现有技术不足，提供一种获得缓冲材料多场耦合大型实验台架中废物罐(加热器)的移动行为及其影响因素，为高放废物深地质处置库和工程屏障设计和建造提供参数依据和技术支撑的缓冲材料多场耦合大型实验台架的位移监测方法。本专利技术的技术方案是：一种缓冲材料多场耦合大型实验台架的位移监测方法，包括以下步骤：步骤一、传感器设计；步骤二、传感器的改进保护；步骤三、传感器安装；步骤四、试验测试。所述步骤一包括以下步骤：步骤(1.1)根据位移传感器在试验腔体和加热器的相对位置，设计传感器底座、侧部导线的出线方式以及位移传感器的长度等；步骤(1.2)根据位移传感器所处的环境，按照耐高温、耐高湿、耐高压和耐腐蚀等要求，设计其壳体和导线的材质和壁厚；所述步骤二传感器改进与保护包括以下步骤：步骤(2.1)为了防止液体和膨润土粉末进入传感器壳体内，影响其测试精度和使用寿命，设计并加工了传感器保护套；步骤(2.2)传感器保护套为中空的柔性橡胶材质，具有耐高温、耐高压和耐腐蚀等性能，壁厚2～3mm，其粗端内径略大于传感器壳体的直径，细端内径略大于传感器测杆的直径；所述步骤三传感器安装包括以下步骤：步骤(3.1)将传感器保护套从传感器测杆中穿过，细端处用螺母旋紧，保证传感器保护套与传感器测杆移动一致；步骤(3.2)根据传感器的具体定位，利用螺丝将位移传感器的底座与试验腔体的底部拧固连接，保证传感器壳体与试验腔体的底部垂直；步骤(3.3)将缓冲材料按施工图纸依次摆放，保证底部的位移传感器测杆的末端与加热器的底部相接触；步骤(3.4)顺序摆放缓冲材料，待其与加热器顶部持平后，将位移传感器的底座与加热器的顶部螺栓拧固连接，保证传感器壳体与试验腔体的底部垂直；步骤(3.5)将缓冲材料填满整个试验腔体，并保证上部的位移传感器的测杆末端与顶盖的底部接触。所述步骤四试验测试包括以下步骤：步骤(4.1)将位移传感器的导线与数据采集系统连接，设置采集频率为1分钟采集一次数据，并将当前位移值进行清零操作，开始运行缓冲材料多场耦合实验台架；步骤(4.2)根据实验台架运行情况，待其位移数据平稳之后，将其采集频率设置为10分钟采集一次数据，并及时保存处理；步骤(4.3)定时进行数据处理分析，并根据试验数据及时调整采集频率，并进行日常维护，保证其正常运行。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的一种缓冲材料多场耦合大型实验台架的位移监测方法，包括传感器的布设、改进、保护、安装和测试等一系列过程；(2)本专利技术的一种缓冲材料多场耦合大型实验台架的位移监测方法，传感器的改进及保护装置针对性强，可在高温、高压和高湿等恶劣环境下使用；(3)本专利技术的一种缓冲材料多场耦合大型实验台架的位移监测方法，传感器布设合理，参数互补，保证了试验数据的有效性和准确性。附图说明图1为本专利技术提供的一种缓冲材料多场耦合大型实验台架的位移监测方法的传感器布置图；图2为本专利技术提供的一种缓冲材料多场耦合大型实验台架的位移监测方法的传感器改进图及保护装置示意图。图中：1-顶盖、2-位移传感器、3-缓冲材料、4-加热器、5-实验腔体、6-传感器导线、7-传感器底座、8-传感器壳体、9-传感器保护套、10-传感器测杆、11-螺母。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术进行进一步的介绍：一种缓冲材料多场耦合大型实验台架的位移监测方法，包括以下步骤：步骤一、传感器设计；步骤二、传感器的改进保护；步骤三、传感器安装；步骤四、试验测试。所述步骤一包括以下步骤：步骤1.1根据位移传感器2在试验腔体5和加热器4的相对位置，设计传感器底座7、侧部导线6的出线方式以及位移传感器2的长度等；步骤1.2根据位移传感器2所处的环境，按照耐高温、耐高湿、耐高压和耐腐蚀等要求，设计其壳体和导线的材质和壁厚；所述步骤二传感器改进与保护包括以下步骤：步骤2.1为了防止液体和膨润土粉末进入传感器壳体8内，影响其测试精度和使用寿命，设计并加工了传感器保护套9；步骤2.2传感器保护套9为中空的柔性橡胶材质，具有耐高温、耐高压和耐腐蚀等性能，壁厚2～3mm，其粗端内径略大于传感器壳体8的直径，细端内径略大于传感器测杆10的直径；所述步骤三传感器安装包括以下步骤：步骤3.1将传感器保护套9从传感器测杆10中穿过，细端处用螺母11旋紧，保证传感器保护套9与传感器测杆10移动一致；步骤3.2根据传感器的具体定位，利用螺丝将位移传感器2的底座与试验腔体5的底部拧固连接，保证传感器壳体8与试验腔体5的底部垂直；步骤3.3将缓冲材料3按施工图纸依次摆放，保证底部的位移传感器测杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种缓冲材料多场耦合大型实验台架的位移监测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、传感器设计；步骤二、传感器的改进保护；步骤三、传感器安装；步骤四、试验测试。

【技术特征摘要】
1.一种缓冲材料多场耦合大型实验台架的位移监测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、传感器设计；步骤二、传感器的改进保护；步骤三、传感器安装；步骤四、试验测试。2.如权利要求1所述的一种缓冲材料多场耦合大型实验台架的位移监测方法，其特征在于：所述步骤一包括以下步骤：步骤(1.1)根据位移传感器(2)在试验腔体(5)和加热器(4)的相对位置，设计传感器底座(7)、侧部导线(6)的出线方式以及位移传感器(2)的长度等；步骤(1.2)根据位移传感器(2)所处的环境，按照耐高温、耐高湿、耐高压和耐腐蚀等要求，设计其壳体和导线的材质和壁厚。3.如权利要求1所述的一种缓冲材料多场耦合大型实验台架的位移监测方法，其特征在于：所述步骤二传感器改进与保护包括以下步骤：步骤(2.1)为了防止液体和膨润土粉末进入传感器壳体(8)内，影响其测试精度和使用寿命，设计并加工了传感器保护套(9)；步骤(2.2)传感器保护套(9)为中空的柔性橡胶材质，具有耐高温、耐高压和耐腐蚀等性能，壁厚2～3mm，其粗端内径略大于传感器壳体(8)的直径，细端内径略大于传感器测杆(10)的直径。4.如权利要求1所述的一种缓冲材料多场耦合大型实验台架的位移监测方法，其特征在于：所述步骤三传感器安装包括以下步骤：步骤(3.1)将传感器保护套(9)从传感器测杆(10)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘月妙，曹胜飞，谢敬礼，高玉峰，
申请(专利权)人：核工业北京地质研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11