一种缓冲材料膨胀力及饱和渗透试验方法技术

本发明专利技术属于高放废物地质处置缓冲材料膨胀和渗透试验研究领域，具体涉及一种缓冲材料膨胀力及饱和渗透试验装置及方法；本发明专利技术的目的是，针对现有技术不足，提供一种获得缓冲材料膨润土的膨胀和渗透性能参数，为高放废物深地质处置库和工程屏障设计提供参数依据的一种缓冲材料膨胀力及饱和渗透试验方法；本发明专利技术的有益效果是：(1)能够实现恒体积条件下膨润土的膨胀力测定；(2)可以实现不同温度和排气条件下样品的膨胀力和渗透性能测试；(3)可对同一试样同时开展膨胀力和饱和渗透系数测试，操作方便、测量便捷，测试结果精度高。

A test method for swelling force and saturated permeability of cushion materials

The invention belongs to the research field of swelling and permeability test of buffer materials for geological disposal of high-level radioactive waste, and specifically relates to a test device and method for swelling force and saturated permeability of buffer materials. A test method for expansive force and saturated permeability of cushioning materials, which provides parameters for the design of waste deep geological repositories and engineering barriers, has the advantages of: (1) measuring the expansive force of bentonite under constant volume conditions; (2) measuring the expansive force and permeability of samples under different temperatures and exhaust conditions. (3) Expansion and saturated permeability test can be carried out simultaneously on the same sample, which is easy to operate, convenient to measure and has high accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种缓冲材料膨胀力及饱和渗透试验方法
本专利技术属于高放废物地质处置缓冲材料膨胀和渗透试验研究领域，具体涉及一种缓冲材料膨胀力及饱和渗透试验方法。
技术介绍
缓冲材料作为处置库中多重屏障系统的重要组成部分，起着工程屏障和水力学屏障的作用。在高放废物处置库中，用作缓冲材料的膨润土既要封闭处置库围岩与废物罐间的空隙以及近场围岩的裂隙，又要缓解地层中围岩压力对废物罐的作用，因此既需要一定的膨胀力又需要具备一定的膨胀变形能力，有必要对缓冲材料膨润土的膨胀性能进行研究。地下水是造成废物罐腐蚀的主要因素，也是高放废物向处置库外界空间泄漏的载体。缓冲材料作为填充在废物罐和地质体之间的最后一道人工屏障，起着水力学屏障的重要作用，阻止地下水(可能含有腐蚀物质)流到废物罐表面，同时阻止废物罐水溶化合物和核素渗漏到围岩中，因此必须掌握缓冲材料膨润土的渗透特性。膨胀力是土体在不允许侧向变形下充分吸水，使其保持不发生竖向膨胀所需施加的最大压力值。即膨胀力是土体试样在体积不变时由于吸水膨胀而产生的最大内应力。膨胀力试验中量测膨润土的膨胀力试验方法主要有三种，分别是自由膨胀-压缩试验法、加载膨胀-压缩试验法和恒体积试验法，根据实验的实测结果和理论分析，恒体积试验法测得的膨胀力比较适中。缓冲材料是一种具有高膨胀性的非饱和土，其渗透性能主要指的是非饱和渗透性能和饱和渗透性能。在高放废物处置库运行过程中，缓冲材料初始阶段处于非饱和状态，若干年后达到饱和。对于低渗透介质的缓冲材料来说，采用常规的土工试验规范测试其渗透系数，耗时长，精度差，难以满足测试需求。本专利技术针对高膨胀和低渗透介质的缓冲材料膨润土，采用自主研发的高温膨胀渗透仪试验设备(专利号：ZL200920154214.9)，建立了一种同时可以测量膨胀力和饱和渗透系数的试验方法。
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膨润土的膨胀和渗透性能参数，为高放废物深地质处置库和工程屏障设计提供参数依据的一种缓冲材料膨胀力及饱和渗透试验方法。本专利技术的技术方案是：一种缓冲材料膨胀力及饱和渗透试验方法，包括以下步骤：步骤1、样品制备步骤1.1按预定的干密度和体积等参数，计算并称量相应质量的膨润土，倒入压实模具；步骤1.2采用单轴静力压制方式制备试验样品，同时测量试验样品的质量、高度和直径，计算出试验样品的真实干密度；步骤2、样品安装步骤2.1将透水石放置在压力室的凹槽中，依次放置试验样品和透水石；步骤2.2将压力传感器与压力室紧固连接，整体放入试验箱体中；步骤2.3将各通道的进、出水管连到压力室相应的进、出水管接头上。步骤3、样品测试步骤3.1提前打开数据采集系统，开始记录所有试验参数；步骤3.2将试验箱体设置为室温环境，开启加载装置，设置进水压力为0.01MPa，记录膨胀力随时间的变化曲线，待膨胀力24小时内保持不变时，记录此时的膨胀力为该试样的最大膨胀力；步骤3.3达到最大膨胀力后，设置进水压力为1MPa并保持压力稳定，开始进行饱和渗透试验，开启出水量测装置，同时记录试样的进、出水压力和水量，待出水量稳定后，依据达西定律计算其渗透系数；步骤3.4同理，可在膨胀力变化稳定后，设置试验箱体的温度，测试试验样品在不同温度条件下的膨胀力；亦可在出水量稳定后，设置试验箱体的温度，测试计算试验样品在不同温度条件下的饱和渗透系数；步骤3.5待试验结束后，拆解试验，分析试验前后样品的微观结构变化。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的一种缓冲材料膨胀力及饱和渗透试验方法，能够实现恒体积条件下膨润土的膨胀力测定；(2)本专利技术的一种缓冲材料膨胀力及饱和渗透试验方法，可以实现不同温度和排气条件下样品的膨胀力和渗透性能测试；(3)本专利技术的一种缓冲材料膨胀力及饱和渗透试验方法，可对同一试样同时开展膨胀力和饱和渗透系数测试，操作方便、测量便捷，测试结果精度高。附图说明图1是一种缓冲材料膨胀力及饱和渗透试验方法的测试装置示意图。图中：1-加载装置、2-透水石、3-试验样品、4-压力室、5-传感器、6-试验箱体、7-出水量测装置。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：一种缓冲材料膨胀力及饱和渗透试验方法，包括以下步骤：步骤1、样品制备步骤1.1按预定的干密度和体积等参数，计算并称量相应质量的膨润土，倒入压实模具；步骤1.2采用单轴静力压制方式制备试验样品3，同时测量试验样品3的质量、高度和直径，计算出试验样品3的真实干密度；步骤2、样品安装步骤2.1将透水石2放置在压力室4的凹槽中，依次放置试验样品3和透水石2；步骤2.2将压力传感器5与压力室4紧固连接，整体放入试验箱体6中；步骤2.3将各通道的进、出水管连到压力室4相应的进、出水管接头上。步骤3、样品测试步骤3.1提前打开数据采集系统，开始记录所有试验参数；步骤3.2将试验箱体设置为室温环境，开启加载装置1，设置进水压力为0.01MPa，记录膨胀力随时间的变化曲线，待膨胀力24小时内保持不变时，记录此时的膨胀力为该试样的最大膨胀力；步骤3.3达到最大膨胀力后，设置进水压力为1MPa并保持压力稳定，开始进行饱和渗透试验，开启出水量测装置7，同时记录试样的进、出水压力和水量，待出水量稳定后，依据达西定律计算其渗透系数；步骤3.4同理，可在膨胀力变化稳定后，设置试验箱体6的温度，测试试验样品3在不同温度条件下的膨胀力；亦可在出水量稳定后，设置试验箱体6的温度，测试计算试验样品3在不同温度条件下的饱和渗透系数；步骤3.5待试验结束后，拆解试验，分析试验前后样品的微观结构变化。具体实施例：步骤1、样品制备步骤1.1按预定的干密度(如1.7g/cm3)和体积(如Φ50mm×10mm)等参数，计算并称量相应质量的膨润土，倒入压实模具；步骤1.2采用单轴静力压制方式制备试验样品3，同时测量试验样品3的质量、高度和直径，计算出试验样品3的真实干密度；步骤2、样品安装步骤2.1将透水石2放置在压力室4的凹槽中，依次放置试验样品3和透水石2；步骤2.2将压力传感器5与压力室4紧固连接，整体放入试验箱体6中；步骤2.3将各通道的进、出水管连到压力室4相应的进、出水管接头上。步骤3、样品测试步骤3.1提前打开数据采集系统，开始记录所有试验参数；步骤3.2将试验箱体设置为室温环境(如20℃)，开启加载装置1，设置进水压力为0.01MPa，记录膨胀力随时间的变化曲线，待膨胀力24小时内保持不变时，记录此时的膨胀力为该试样的最大膨胀力；步骤3.3达到最大膨胀力后，设置进水压力为1MPa并保持压力稳定，开始进行饱和渗透试验，开启出水量测装置7，同时记录试样的进、出水压力和水量，待出水量稳定后，依据达西定律计算其渗透系数；步骤3.4同理，可在膨胀力变化稳定后，重新设置试验箱体6的温度(如30℃)，测试试验样品3在30℃条件下的膨胀力，待膨胀力在24小时保持不变时，此时记录的膨胀力为30℃条件下的最大膨胀力；同时，开始进行30℃条件下的饱和渗透试验，开启出水量测装置7，待出水量稳定后，依据达西定律计算其在30℃条件下渗透系数；依次可以类推至40℃、50℃、60℃、70℃、80℃和90℃等，可获得不同温度条件下的膨胀力和渗透系数。步骤3.5待试验结束后，拆解试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种缓冲材料膨胀力及饱和渗透试验方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、样品制备步骤1.1按预定的干密度和体积等参数，计算并称量相应质量的膨润土，倒入压实模具；步骤1.2采用单轴静力压制方式制备试验样品(3)，同时测量试验样品(3)的质量、高度和直径，计算出试验样品(3)的真实干密度；步骤2、样品安装步骤2.1将透水石(2)放置在压力室(4)的凹槽中，依次放置试验样品(3)和透水石(2)；步骤2.2将压力传感器(5)与压力室(4)紧固连接，整体放入试验箱体(6)中；步骤2.3将各通道的进、出水管连到压力室(4)相应的进、出水管接头上。步骤3、样品测试步骤3.1提前打开数据采集系统，开始记录所有试验参数；步骤3.2将试验箱体设置为室温环境，开启加载装置(1)，设置进水压力为0.01MPa，记录膨胀力随时间的变化曲线，待膨胀力24小时内保持不变时，记录此时的膨胀力为该试样的最大膨胀力；步骤3.3达到最大膨胀力后，设置进水压力为1MPa并保持压力稳定，开始进行饱和渗透试验，开启出水量测装置(7)，同时记录试样的进、出水压力和水量，待出水量稳定后，依据达西定律计算其渗透系数；步骤3.4同理，可在膨胀力变化稳定后，设置试验箱体(6)的温度，测试试验样品(3)在不同温度条件下的膨胀力；亦可在出水量稳定后，设置试验箱体(6)的温度，测试计算试验样品(3)在不同温度条件下的饱和渗透系数；步骤3.5待试验结束后，拆解试验，分析试验前后样品的微观结构变化。...

【技术特征摘要】
1.一种缓冲材料膨胀力及饱和渗透试验方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、样品制备步骤1.1按预定的干密度和体积等参数，计算并称量相应质量的膨润土，倒入压实模具；步骤1.2采用单轴静力压制方式制备试验样品(3)，同时测量试验样品(3)的质量、高度和直径，计算出试验样品(3)的真实干密度；步骤2、样品安装步骤2.1将透水石(2)放置在压力室(4)的凹槽中，依次放置试验样品(3)和透水石(2)；步骤2.2将压力传感器(5)与压力室(4)紧固连接，整体放入试验箱体(6)中；步骤2.3将各通道的进、出水管连到压力室(4)相应的进、出水管接头上。步骤3、样品测试步骤3.1提前打开数据采集系统，开始记录所有试验参数；步骤3.2将试验...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘月妙，谢敬礼，曹胜飞，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