一种高压实膨润土热-水-力耦合作用模拟试验仪制造技术

一种高压实膨润土热‑水‑力耦合作用模拟试验仪，包括底盘，底盘上设有隔热底座，隔热底座上可拆卸地固定有加热底座，加热底座上可拆卸地固定有供水底座，供水底座上可拆卸地固定有长活塞导环，长活塞导环内设有长活塞；所述的加热底座与供水底座之间设有螺旋槽，供水底座内设有螺旋槽，供水底座内的螺旋槽设有温度传感器；加热底座与供水底座之间的螺旋槽两端分别连通有进油管和出油管，所述进油管和出油管与循环油泵连通，进油管和出油管紧贴加热底座处设置有储箱。本发明专利技术既能精准模拟核废料在28℃‑200℃内衰变热作用，又能精确地测出膨润土渗透系数，为评价膨润土用于核废料处置库缓冲层的可行性提供判断依据。

A Simulated Testing Instrument for Thermal-Hydro-Mechanical Coupling of Compacted Bentonite

A high-pressure bentonite heat-water-force coupling simulator consists of a chassis with an insulating base, a heating base detachably fixed on the insulating base, a water supply base detachably fixed on the heating base, a long piston guide ring detachably fixed on the water supply base, and a long piston in the long piston guide ring. A spiral groove is arranged in the water supply base, and a temperature sensor is arranged in the spiral groove in the water supply base; the two ends of the spiral groove between the heating base and the water supply base are respectively connected with the oil inlet pipe and the oil outlet pipe, which are connected with the circulating oil pump, and the oil inlet pipe and the oil outlet pipe are arranged with a storage tank close to the heating base. The invention can accurately simulate the decay heat effect of nuclear waste at 28 200 C, and accurately measure the permeability coefficient of bentonite, thus providing a judgment basis for evaluating the feasibility of bentonite used in the buffer layer of nuclear waste repository.

【技术实现步骤摘要】
一种高压实膨润土热-水-力耦合作用模拟试验仪
本专利技术属于膨润土热-水-力耦合作用试验装置领域，特别涉及一种高压实膨润土热-水-力耦合作用模拟试验仪。
技术介绍
随着化石能源日益枯竭和环境污染日趋严重，核能受到了世界上越来越多国家的青睐，然而核能带来效益的同时，也留下大量高放射性核废料。目前世界上最公认可行的处置方式是深地处置，膨润土因具有低渗透性、高膨胀性和强吸附性等优点，成为核废料处置库首选的回填和填充材料。但是随着时间的不断推移，也从中发现了一些问题，核废料的半衰期长达数万年，会导致处置库长期处于高温状态，故需确定膨润土在热-水-力三者作用下的力学性能，以确保其安全性，目前实验室只能测试单一因素作用下的性能变化，难以模拟膨润土在地下水、高温以及高压状态下的长期性能变化，故亟待新的装置改进现有的设备。目前，也有人对上述问题提出了新的技术方案，如中国专利文献CN200920154214记载的一种微机控制高温膨胀性和渗透性测定仪，该文献中所提到的技术方案有以下几个缺点：1、该文献的进水装置中用到了分流结构，通过活塞挤压大水缸提供水压力，分水器通过管路与多个充水阀、管路阀和加压阀连接，所施加的压力值不够准确；2、该文献所提出的水量测量是通过读取水量差进而计算渗透系数，所测量的水量差精度不高；3、结构复杂，制造成本高，该专利中提到的大水缸，需要注入一定量的水，要保证整个恒温箱内部空间以及水的温度在一定范围内变化，需要耗费大量的能源，且实现难度高；4、整个装置不利于拆卸和组装，当实验结束需要更换试样时，拆卸麻烦，操作不方便；5、对于检测温度对试样膨胀系数的影响，其温度检测点的位置不适宜，尽管恒温箱可以起到保温作用，但是不能保证恒温箱内每一个部件的温度都是一样；靠近试样附近所测的温度才是最合理。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
所存在的技术问题，本专利技术所提供的一种高压实膨润土热-水-力耦合作用模拟试验仪，既能精准模拟核废料在28℃-200℃内衰变热作用，又能精确地测出膨润土渗透系数，还可以模拟膨润土在地下水、高温与荷载耦合作用下膨润土的渗透和膨胀力等性能演化规律，为评价膨润土用于核废料处置库缓冲层的可行性提供判断依据。为了解决上述技术问题，本专利技术采取了如下技术方案来实现：一种高压实膨润土热-水-力耦合作用模拟试验仪，包括底盘，底盘上设有隔热底座，隔热底座上可拆卸地固定有加热底座，加热底座上可拆卸地固定有供水底座，供水底座上可拆卸地固定有长活塞导环，长活塞导环内设有长活塞，长活塞顶部与压力传感器的感应探头接触；所述的加热底座与供水底座之间设有螺旋槽，供水底座内设有螺旋槽，供水底座内的螺旋槽设有温度传感器；加热底座与供水底座之间的螺旋槽两端分别连通有进油管和出油管，所述进油管和出油管与循环油泵连通，进油管和出油管紧贴加热底座处设置有储箱；供水底座内的螺旋槽连通有进水管和出水管，进水管与GDS压力控制器连接，出水装置与出水管连接。优选的方案中，所述的供水底座与供水底座之间嵌有环刀，环刀上下面设有金属透水石，环刀上面的金属透水石与长活塞接触，环刀上面的金属透水石连通出水管，所述出水管贯穿长活塞并与本装置外的出水装置连通，所述出水装置连接有针筒；环刀下面的金属透水石与螺旋槽接触。优选的方案中，所述的加热底座、供水底座和长活塞导环外部设有隔热层，隔热层与加热底座、供水底座和长活塞导环之间连接有隔热圈；底盘通过外螺旋支杆与上盖连接，底盘与上盖之间设有圆筒，所述圆筒和上盖均与隔热层连接；底盘、上盖、圆筒和隔热层形成封闭的空间，将所述的加热底座、供水底座和长活塞导环包裹住；长活塞上部贯穿于上盖和隔热层。优选的方案中，所述的上盖上部通过外螺旋支杆与顶板连接，顶板中部开凿有口，所述顶板的口装有压力传感器，压力传感器的压力调节按钮设置在口的上方。优选的方案中，所述的长活塞位于长活塞导环内部分，长活塞与长活塞导环内壁连接处设有密封圈；环刀直径大于长活塞导环内径，在环刀与长活塞导环连接处设有密封圈；供水底座与加热底座连接处设有密封圈。优选的方案中，所述的环刀为中空结构，上下两面均设有滤纸，环刀内整体压入有试样，试样与所述滤纸紧贴。优选的方案中，所述的加热底座的温度范围为28℃-200℃。优选的方案中，所述的隔热圈和隔热层均为特氟龙材质。优选的方案中，所述的长活塞与压力传感器的感应探头和金属透水石均自然接触；压力传感器的感应探头、长活塞、金属透水石和长活塞导环的垂直中轴线重合。优选的方案中，所述的内螺旋支杆贯穿于隔热底座、加热底座、供水底座和长活塞导环靠近外壁部位，并将隔热底座、加热底座、供水底座和长活塞导环固定。优选的方案中，所述的所述储箱外部设置有散热片。本专利可达到以下有益效果：1、本专利在供水底座刻有螺旋凹槽，故不需设置分流结构即可均匀对试样施加水压力，并且水压力由外接的GDS控制器直接提供，能够更加准确的施加压力值；2、本专利主要是通过称量出水的质量进而计算渗透系数，这样水质量可以精确到小数点后两位，要远比直接读取水量差精确；3、螺旋槽可以增大金属透水石与油的接触面积，更利于传热，同时螺旋槽也可以增大金属透水石与水的接触面积，利用热量的传递；4、储箱可储存一定的油量并紧贴加热底座，可以进一步提高油内热量的释放；5、本装置采用循环油泵作为温度控制装置，温度调控效果好；6、温度传感器设置在供水底座内的螺旋槽，能够真实反映环刀内试样温度的变化；7、隔热底座、加热底座、供水底座和长活塞导环可拆卸地连接，方便了试验操作；8、本装置造价低廉、结构简单，加热底座和供水底座能够进行水与热共同作用下的渗透、膨胀力长期性能试验；9、加热底座与进油管和出油管，能够根据试验要求进行28℃-200℃温度范围内和长时间模拟；10、压力传感器配合长活塞能测量膨润土湿化过程中的膨胀力或膨胀变形。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：图1为本专利技术主视图；图2为本专利技术俯视图；图3为本专利技术环刀结构图；图4为本专利技术供水底座结构图；图5为本专利技术加热底座结构图。图中：顶板1、压力传感器2、上盖3、长活塞4、长活塞导环5、隔热圈6、隔热层7、加热底座8、隔热底座9、金属透水石10、试样11、环刀12、供水底座13、外螺旋支杆14、内螺旋支杆15、底盘16、螺旋槽17、压力调节按钮18、储箱19。具体实施方式优选的方案如图1所示，一种高压实膨润土热-水-力耦合作用模拟试验仪，包括底盘16，底盘16上设有隔热底座9，隔热底座9上可拆卸地固定有加热底座8，加热底座8上可拆卸地固定有供水底座13，供水底座13上可拆卸地固定有长活塞导环5，长活塞导环5内设有长活塞4，长活塞4顶部与压力传感器2的感应探头接触；所述的加热底座8与供水底座13之间设有螺旋槽17，供水底座13内设有螺旋槽17，供水底座13内的螺旋槽17设有温度传感器；加热底座8与供水底座13之间的螺旋槽17两端分别连通有进油管和出油管，所述进油管和出油管与循环油泵连通，进油管和出油管紧贴加热底座8处设置有储箱19；供水底座13内的螺旋槽17连通有进水管和出水管，出水装置与出水管连接，进水管与GDS压力控制器连接；所述的GDS压力控制器为进水装置；所述加热底座8的温度范围为28℃-200℃；由于水在标准大气压下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压实膨润土热‑水‑力耦合作用模拟试验仪，包括出水装置，出水装置与出水管连接，其特征在于：整个装置底部设有底盘（16），底盘（16）上设有隔热底座（9），隔热底座（9）上可拆卸地固定有加热底座（8），加热底座（8）上可拆卸地固定有供水底座（13），供水底座（13）上可拆卸地固定有长活塞导环（5），长活塞导环（5）内设有长活塞（4），长活塞（4）顶部与压力传感器（2）的感应探头接触；所述的加热底座（8）与供水底座（13）之间设有螺旋槽（17），供水底座（13）内设有螺旋槽（17），供水底座（13）内的螺旋槽（17）设有温度传感器；加热底座（8）与供水底座（13）之间的螺旋槽（17）两端分别连通有进油管和出油管，所述进油管和出油管与循环油泵连通，进油管和出油管紧贴加热底座（8）处设置有储箱（19）；供水底座（13）内的螺旋槽（17）连通有进水管和出水管，进水管与GDS压力控制器连接。

【技术特征摘要】
1.一种高压实膨润土热-水-力耦合作用模拟试验仪，包括出水装置，出水装置与出水管连接，其特征在于：整个装置底部设有底盘（16），底盘（16）上设有隔热底座（9），隔热底座（9）上可拆卸地固定有加热底座（8），加热底座（8）上可拆卸地固定有供水底座（13），供水底座（13）上可拆卸地固定有长活塞导环（5），长活塞导环（5）内设有长活塞（4），长活塞（4）顶部与压力传感器（2）的感应探头接触；所述的加热底座（8）与供水底座（13）之间设有螺旋槽（17），供水底座（13）内设有螺旋槽（17），供水底座（13）内的螺旋槽（17）设有温度传感器；加热底座（8）与供水底座（13）之间的螺旋槽（17）两端分别连通有进油管和出油管，所述进油管和出油管与循环油泵连通，进油管和出油管紧贴加热底座（8）处设置有储箱（19）；供水底座（13）内的螺旋槽（17）连通有进水管和出水管，进水管与GDS压力控制器连接。2.根据权利要求1所述的一种高压实膨润土热-水-力耦合作用模拟试验仪，其特征在于：供水底座（13）与供水底座（13）之间嵌有环刀（12），环刀（12）上下面设有金属透水石（10），环刀（12）上面的金属透水石（10）与长活塞（4）接触，环刀（12）上面的金属透水石（10）连通出水管，所述出水管贯穿长活塞（4）并与本装置外的出水装置连通，所述出水装置连接有针筒；环刀（12）下面的金属透水石（10）与螺旋槽（17）接触。3.根据权利要求1所述的一种高压实膨润土热-水-力耦合作用模拟试验仪，其特征在于：加热底座（8）、供水底座（13）和长活塞导环（5）外部设有隔热层（7），隔热层（7）与加热底座（8）、供水底座（13）和长活塞导环（5）之间连接有隔热圈（6）；底盘（16）通过外螺旋支杆（14）与上盖（3）连接，底盘（16）与上盖（3）之间设有圆筒，所述圆筒和...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈云志，谢子洋，孙文静，左清军，明华军，汪洪星，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42