一种模拟裂隙试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟裂隙试验装置及试验方法，涉及高放废物地质处置缓冲/回填材料长期安全性能试验技术领域，包括依次连通的供液瓶、蠕动泵、除气机构、模拟裂隙机构和收集器，供液瓶盛放液体，模拟裂隙机构包括相互扣合的上模具和下模具，上模具和下模具之间的缝隙为模拟裂隙，上模具和下模具的中心位置设置有样品仓，样品仓盛放样品，通过改变上模具和下模具之间模拟缝隙的高度实现不同开度裂隙的模拟。本发明专利技术探究不同液体及不同流速，流过不同开度的模拟裂隙，缓冲/回填材料膨润土所产生的膨胀变化、颗粒物质向外移动规律以及流出液体的浊度、电导的变化及液体的体积值，对于研究高放废物地质处置缓冲/回填材料长期稳定性有极大的重要性。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟裂隙试验装置及试验方法
本专利技术涉及高放废物地质处置缓冲/回填材料长期安全性能试验
，特别是涉及一种缓冲/回填材料模拟裂隙试验装置及试验方法。
技术介绍
高水平放射性废物简称高放废物，含有大量毒性大、半衰期长的放射性核素，释热量大，环境风险高，需要高程度的包容和隔离措施以保护人和环境不受其危害。如何实现高放废物的安全处置，是一个世界性的难题。目前，深地质处置被认为是合理可行的高放废物处置方案，世界各有核国家对此开展了大量研究工作。深地质处置的目标是通过在距地表深达500～1000m的稳定地质体中建设高放废物处置库，实现高放废物的最终安全处置，使其永久与人类生存环境隔离。高放废物处置库一般采用“多重屏障”的设计理念，废物体、包装容器和缓冲/回填材料称为“工程屏障”，处置库围岩称为“天然屏障”。地下水是高放废物向处置库外界空间泄漏的载体。缓冲/回填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/回填材料(主要基材为膨润土)与裂隙岩体接触的界面，在不同化学成分、不同流速的地下水作用下所产生的膨胀变化、粘土颗粒物质向外移动规律、流出液体的浊度和电导等的变化规律。研究缓冲/回填材料膨润土在土-岩界面的模拟裂隙试验需要进行不同开度、倾角裂隙的比较，研究地下水化学成分及流速、膨润土成分及密度与膨胀变形、颗粒物质向外移动规律、流出液体的浊度、电导的变化等的相互关系。而现有技术无法同时研究如此多的影响因素。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种模拟裂隙试验装置及试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，探究不同的液体及不同流速，流过不同开度的模拟裂隙时，缓冲/回填材料产生的膨胀变化、颗粒物质向外移动规律和流出液体的浊度、电导的变化及液体的体积值。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供了一种模拟裂隙试验装置，包括依次连通的供液瓶、蠕动泵、除气机构、模拟裂隙机构和收集器，所述供液瓶用于盛放液体，所述模拟裂隙机构包括相互扣合的上模具和下模具，所述上模具和所述下模具之间的缝隙为模拟裂隙，所述上模具和所述下模具的中心位置设置有样品仓，所述样品仓用于盛放样品，通过改变所述上模具和所述下模具之间模拟缝隙的高度实现不同开度裂隙的模拟。优选的，所述模拟裂隙机构的一侧设置有第一进液管，所述模拟裂隙机构的另一侧设置有第一出液管，所述第一进液管和所述第一出液管均与所述模拟裂隙连通，所述除气机构通过管路与所述第一进液管连通，所述收集器与所述第一出液管连通。优选的，所述上模具和所述下模具之间设置有第一密封圈，所述第一进液管的进液口和所述第一出液管的出液口位于所述第一密封圈的内侧，所述第一密封圈设置在靠近所述上模具和所述下模具的边缘的凹槽中，所述上模具和所述下模具通过若干第一螺栓连接，若干所述第一螺栓位于所述第一密封圈的外侧，所述下模具的底部设置有若干支撑座。优选的，所述除气机构包括储液柱，所述储液柱的上端设置有上盖，所述上盖上开设有排气孔，所述储液柱的下端设置有底座，所述储液柱与所述上盖和所述底座之间均设置有第二密封圈，所述上盖和所述底座通过若干第二螺栓固定，第二进液管穿过所述上盖与所述储液柱连通，所述除气机构的第二进液管与所述蠕动泵的出液端连通，第二出液管穿过所述底座与所述储液柱连通，所述第二出液管与所述第一进液管连通。优选的，所述上模具和所述下模具均采用有机玻璃制成，所述上模具上设置有至少一个刻度条，所述刻度条的读数由所述样品仓的中心向所述上模具的边缘逐渐增大。优选的，所述上模具的上方设置有相机。本专利技术还提供了一种采用所述的模拟裂隙试验装置的模拟裂隙试验方法，包括如下步骤：S1：组装模拟裂隙机构，对模拟裂隙机构进行密封性试验；S2：将样品放入模拟裂隙机构的样品仓中，并将模拟裂隙试验装置的其余各结构进行连接，对模拟裂隙试验装置进行除气；S3：数据采集：开启蠕动泵，供液瓶内的液体对样品进行侵蚀，收集器收集侵蚀后的液体并测定其浊度、电导率和体积，相机拍摄样品的膨胀变形及侵蚀照片；S4：拆除装置，并进行样品处理。优选的，所述S2中，对模拟裂隙试验装置进行除气包括以下步骤：a1：采用超声清洗器对液体进行除气，然后将除气完成的液体倒入供液瓶中；a2：将蠕动泵的进液端与供液瓶连通，蠕动泵的出液端与除气机构的第二进液管连通，除气机构的第二出液管与模拟裂隙机构的第一进液管连通，将第二出液管与第一进液管之间的管路用夹子夹紧；a3：拧开除气机构的排气孔，向除气机构的储液柱中通入液体，液体加满后暂停蠕动泵，拧紧排气孔；a4：将第二出液管与第一进液管之间的管路夹紧部位松开；a5：将模拟裂隙机构的第一出液管端垫高；a6：将第一出液管用夹子夹紧，将第一出液管的末端置于空的集液瓶内；a7：开启蠕动泵，将液体通入模拟裂隙机构中，当液体从模拟裂隙机构的第一出液管端的第一密封圈缝隙溢出时，暂停蠕动泵，拧紧第一螺栓；a8：将第一出液管从集液瓶中取出并与收集器连接，然后把第一出液管上的夹子打开，完成对模拟裂隙试验装置的除气。优选的，所述S3中，数据采集包括以下步骤：b1：设定蠕动泵的流速，并进行记录；b2：从蠕动泵定量供液时起，24小时内，每5分钟拍一次照片，收集器每1小时取一次流出液体，测定其浊度、电导率和体积，并将每天收集器流出液体全部收集起来倒入集液瓶中，全部烘干；b3：从蠕动泵定量供液时起，24～48小时内，每半小时拍一次照片，收集器每3小时取一次流出液体，测定其浊度、电导率和体积；b4：从蠕动泵定量供液时起，48小时后，每5小时拍一次照片，每5小时取一次流出液体，测定其浊度、电导率和体积，当流出液体的浊度值降低至0～10NTU范围内，开始每50小时取一次流出液体，测定其浊度、电导率和体积，当流出液体浊度值降低至0～1NTU范围内，开始每200小时取一次流出液体，测定其浊度、电导率和体积，直至一星期后或24小时内样品膨胀变化不明显时，开始每天拍一次照片；b5：直至样品72小时内膨胀变化不明显，每3天拍一次照片；b6：直到样品膨胀一星期内膨胀变化不明显并且收集的液体的浊度在0～1NTU之间时，暂停蠕动泵；b7：将蠕动泵进液端从供液瓶中取出，蠕动泵出液端与第一进液管连接，进气排水，进气速率控制在0.1～0.5ml/min，排水完成后，用夹子夹紧模拟裂隙机构的第一进液管和第一出液管。优选的，所述S4中，样品处理包括以下步骤：c1：将模拟裂隙机构放入冰箱中并在-20℃进行快速冷冻，然后迅速将下模具与上模具分离，按观察得到的物质向外移动范围，分圈收集样品并称重；c2：将分圈收集的样品冷冻干燥，干燥结束后称重，得到每圈样品的干重，计算含水率；c3：检测每圈样品的物质成分，并总结每圈样品本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟裂隙试验装置，其特征在于：包括依次连通的供液瓶、蠕动泵、除气机构、模拟裂隙机构和收集器，所述供液瓶用于盛放液体，所述模拟裂隙机构包括相互扣合的上模具和下模具，所述上模具和所述下模具之间的缝隙为模拟裂隙，所述上模具和所述下模具的中心位置设置有样品仓，所述样品仓用于盛放样品，通过改变所述上模具和所述下模具之间模拟缝隙的高度实现不同开度裂隙的模拟。/n

【技术特征摘要】
1.一种模拟裂隙试验装置，其特征在于：包括依次连通的供液瓶、蠕动泵、除气机构、模拟裂隙机构和收集器，所述供液瓶用于盛放液体，所述模拟裂隙机构包括相互扣合的上模具和下模具，所述上模具和所述下模具之间的缝隙为模拟裂隙，所述上模具和所述下模具的中心位置设置有样品仓，所述样品仓用于盛放样品，通过改变所述上模具和所述下模具之间模拟缝隙的高度实现不同开度裂隙的模拟。


2.根据权利要求1所述的模拟裂隙试验装置，其特征在于：所述模拟裂隙机构的一侧设置有第一进液管，所述模拟裂隙机构的另一侧设置有第一出液管，所述第一进液管和所述第一出液管均与所述模拟裂隙连通，所述除气机构通过管路与所述第一进液管连通，所述收集器与所述第一出液管连通。


3.根据权利要求2所述的模拟裂隙试验装置，其特征在于：所述上模具和所述下模具之间设置有第一密封圈，所述第一进液管的进液口和所述第一出液管的出液口位于所述第一密封圈的内侧，所述第一密封圈设置在靠近所述上模具和所述下模具的边缘的凹槽中，所述上模具和所述下模具通过若干第一螺栓连接，若干所述第一螺栓位于所述第一密封圈的外侧，所述下模具的底部设置有若干支撑座。


4.根据权利要求2所述的模拟裂隙试验装置，其特征在于：所述除气机构包括储液柱，所述储液柱的上端设置有上盖，所述上盖上开设有排气孔，所述储液柱的下端设置有底座，所述储液柱与所述上盖和所述底座之间均设置有第二密封圈，所述上盖和所述底座通过若干第二螺栓固定，第二进液管穿过所述上盖与所述储液柱连通，所述除气机构的第二进液管与所述蠕动泵的出液端连通，第二出液管穿过所述底座与所述储液柱连通，所述第二出液管与所述第一进液管连通。


5.根据权利要求1所述的模拟裂隙试验装置，其特征在于：所述上模具和所述下模具均采用有机玻璃制成，所述上模具上设置有至少一个刻度条，所述刻度条的读数由所述样品仓的中心向所述上模具的边缘逐渐增大。


6.根据权利要求1所述的模拟裂隙试验装置，其特征在于：所述上模具的上方设置有相机。


7.一种采用如权利要求1-6中任一项所述的模拟裂隙试验装置的模拟裂隙试验方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：组装模拟裂隙机构，对模拟裂隙机构进行密封性试验；
S2：将样品放入模拟裂隙机构的样品仓中，并将模拟裂隙试验装置的其余各结构进行连接，对模拟裂隙试验装置进行除气；
S3：数据采集：开启蠕动泵，供液瓶内的液体对样品进行侵蚀，收集器收集侵蚀后的液体并测定其浊度、电导率和体积，相机拍摄样品的膨胀变形及侵蚀照片；
S4：拆除装置，并进行样品处理。


8.根据权利要求7所述的模拟裂隙试验方法，其特征在于：所述S2中，对模拟裂隙试验装置进行除气包括以下步骤：
a1：采用超声清洗器对液体进行除气，然后将除气完成的液体倒入供液瓶中；
a2：将蠕动泵的进液端与供液瓶连通，蠕动泵的出液端与除气机构的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢敬礼，王驹，刘月妙，陈亮，曹胜飞，马利科，杨学文，
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