本发明专利技术公开了基于蒙脱石有效密度确定缓冲材料设计参数指标的方法；针对我国高放废物地质处置库的现状，基于膨润土中蒙脱石的有效干密度得到已安装在处置孔中的缓冲材料的平均干密度及饱和密度参数，从而得到满足高放废物深地质处置库设计要求的缓冲材料设计参数指标。由于膨润土中蒙脱石含量范围分布较广，增加了膨润土的室内试验的复杂性和多样性；而本发明专利技术的方法简单，易于试验试样的制备，减少试验的工作量；可在缺乏试验数据条件下，基于土的基本理论提出的通用计算方法，直接应用于不同蒙脱石含量的缓冲材料的参数设计；具有较高的科学性、经济性、实用性和便捷性；为高放废物地质处置库中缓冲材料的设计提供可靠依据和技术输入。和技术输入。和技术输入。
【技术实现步骤摘要】
基于蒙脱石的有效密度确定缓冲材料设计参数指标的方法
[0001]本专利技术涉及高放射性废物处置
，具体涉及一种基于蒙脱石的有效干密度确定高放废物深地质处置库竖直处置方式中不同蒙脱石含量的缓冲材料设计参数指标的计算方法。
技术介绍
[0002]高放废物深地质处置库是永久处置高放废物的专门设施，目前我国采用多重屏障深地质处置方式进行处置，保护人类与环境免受电离辐射的有害影响。我国高放废物地质处置库工程屏障主要由高放废物体、处置容器和缓冲材料三部分组成。缓冲材料是处置库中多重屏障系统的重要组成部分。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，我国初步选择了内蒙古高庙子膨润土作为缓冲材料。缓冲材料的设计参数指标的确定是重中之重；而如何确定安装前缓冲材料相关参数的研究较少且较为复杂。
技术实现思路
[0003]针对现有技术所存在的上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于蒙脱石的有效密度确定高放废物处置库竖直处置方式中不同蒙脱石含量的缓冲材料设计参数指标的计算方法。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：基于蒙脱石有效密度确定缓冲材料设计参数指标的方法，包括以下步骤：
[0005](1)首先选取一种膨润土，在满足缓冲材料设计指标要求(包括渗透性和膨胀性)的条件下，确定由该种膨润土制备的安装前缓冲材料干密度的标准值。
[0006](2)根据上述膨润土制备的安装前缓冲材料干密度的标准值、膨润土的蒙脱石含量标准值计算得到膨润土中蒙脱石的有效干密度；
[0007](3)根据上述得到的蒙脱石的有效干密度计算得到不同蒙脱石含量的安装前缓冲材料的干密度；
[0008](4)根据上述得到的安装前缓冲材料的干密度，通过对处置过程中的各个工况进行计算分析，得出安装后缓冲材料砌块平均干密度。
[0009](5)根据上述得到的安装后缓冲材料砌块的平均干密度，计算出满足高放废物地质处置库对缓冲材料的功能要求和设计要求的安装后缓冲材料砌块饱和密度。
[0010]进一步地，所述步骤(1)中，选取一种膨润土，结合该膨润土的室内试验结果，试验中考虑处置库处置孔内间隙、外间隙、缓冲材料砌块和填充间隙的膨润土颗粒的干密度允许偏差等影响因素，同时满足渗透性和膨胀性等缓冲材料设计指标的要求，确定由所述膨润土制备的安装前缓冲材料干密度的标准值。
[0011]进一步地，所述步骤(3)中，对于同一种膨润土，蒙脱石含量不同，但所述蒙脱石的有效干密度为定值；以所述蒙脱石的有效干密度计算得到不同蒙脱石含量的缓冲材料的干
密度；所述蒙脱石的有效干密度为表征材料中蒙脱石含量的定量指标，其是指缓冲材料中蒙脱石的质量与缓冲材料的体积和孔隙体积之和的比值。
[0012]进一步地，所述步骤(4)中，所述安装后缓冲材料砌块包括缓冲材料实心砌块和缓冲材料环形砌块；所述缓冲材料实心砌块位于处置容器的顶部和底部；所述缓冲材料环形砌块位于所述处置容器的四周。
[0013]进一步地，所述步骤(5)中，根据处置库中处置过程的不同工况得到安装后缓冲材料砌块的干密度、孔隙比与干密度的关系得到处置孔中安装后缓冲材料砌块的饱和密度。
[0014]本专利技术采用的技术方案带来的有益效果是，基于蒙脱石有效密度确定缓冲材料设计参数指标的方法，选取一种膨润土作为缓冲材料，针对现有的我国高放废物地质处置库的发展情况，基于膨润土中蒙脱石的有效干密度得到安装后缓冲材料砌块的平均干密度及饱和密度参数，从而得到满足高放废物深地质处置库设计要求的缓冲材料设计参数指标；由于膨润土中蒙脱石含量范围分布较广，增加了膨润土的室内试验的复杂性和多样性，而本专利技术的方法简单，易于试验试样的制备，减少试验的工作量；在缺乏试验数据条件下，基于土的基本理论提出的通用计算方法，可直接应用于不同蒙脱石含量膨润土的缓冲材料砌块的参数的设计；具有较高的科学性、经济性、实用性和便捷性；可为高放废物地质处置库中缓冲材料的设计提供可靠数据支持。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实施例一的基于蒙脱石有效密度确定缓冲材料设计参数指标的方法流程图；
[0016]图2是本专利技术实施例一的高放废物深地质处置库的竖直处置孔的结构示意图；
[0017]图3是本专利技术实施例一的高放废物深地质处置库的竖直处置孔的剖面示意图；
[0018]图4是本专利技术实施例二安装后缓冲材料实心砌块蒙脱石含量与缓冲材料实心砌块平均干密度的关系；
[0019]图5是本专利技术实施例二安装后缓冲材料实心砌块蒙脱石含量与缓冲材料实心砌块饱和密度的关系。
[0020]其中，安装后缓冲材料实心砌块1、安装后缓冲材料环形砌块2、处置容器3、外间隙4、内间隙5。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。
[0022]缓冲材料参考设计的依据为缓冲材料的功能要求和屏障系统的性质等因素进行分析。根据渗透性和膨胀性要求确定处置库中膨润土的干密度，而处置库中膨润土膨胀性、渗透性主要取决于膨润土中的蒙脱石含量，故蒙脱石含量与膨润土密度具有相关性。
[0023]实施例一
[0024]参照附图1、2，本专利技术实施例一的基于蒙脱石有效密度确定缓冲材料设计参数指标的方法，包括以下步骤：
[0025](1)首先基于一种膨润土，结合该膨润土的室内试验结果，且考虑竖直处置方式中主要影响因素(主要包括处置孔外间隙、缓冲材料砌块和颗粒的干密度允许偏差)，在满足
缓冲材料设计指标要求(包括渗透性和膨胀性) 的条件下，得到所述膨润土制备的安装前缓冲材料干密度的标准值；
[0026](2)根据上述安装前缓冲材料的干密度的标准值、膨润土中蒙脱石的含量标准值计算得到膨润土中蒙脱石的有效干密度ρ'；
[0027](3)以上述安装前缓冲材料干密度的标准值为基准值，结合蒙脱石的有效干密度ρ'、膨润土中蒙脱石的含量计算得到不同蒙脱石含量的膨润土制备出的安装前缓冲材料的干密度ρ
db
；
[0028](4)根据上述得到的安装前缓冲材料的干密度ρ
db
，通过对处置过程中的各个工况进行计算分析，得出安装后缓冲材料砌块平均干密度ρ
d
；
[0029](5)根据上述得到的安装后缓冲材料砌块的平均干密度，计算出满足高放废物地质处置库对缓冲材料的功能要求和设计要求的安装后缓冲材料砌块饱和密度ρ
sat
。
[0030]参照附图3，优选地，所述步骤(1)中，计算中考虑外间隙4、内间隙5、缓冲材料和填充间隙的膨润土颗粒的干密度允许偏差因素，同时满足对缓冲材料渗透性和膨胀性的要求，确定由所述安装前缓冲材料的干密度ρ
db
；所述外间隙4为处置孔围岩与安装后缓冲材料之间的间隙，所述内间隙5为处置容器3 与安装后缓冲材料之间的间隙。
[0031]优选地，所述处置容器3位于处置孔内，所述处置容器本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于蒙脱石有效密度确定缓冲材料设计参数指标的方法，其特征是：包括以下步骤：(1)基于选定的一种膨润土进行膨润土的室内试验，根据试验结果、竖直处置方式、缓冲材料设计指标要求选取膨润土制备的安装前缓冲材料干密度的标准值；(2)根据上述膨润土制备的安装前缓冲材料干密度的标准值、膨润土的蒙脱石含量标准值计算得到膨润土中蒙脱石的有效干密度ρ'；(3)根据上述安装前缓冲材料的干密度的标准值、蒙脱石的有效干密度ρ'、膨润土中蒙脱石的含量计算得到不同蒙脱石含量的安装前缓冲材料的干密度ρ
db
；(4)根据不同蒙脱石含量的安装前缓冲材料的干密度ρ
db
、安装过程中的各个工况，得到满足处置库要求的安装后缓冲材料砌块的平均干密度ρ
d
；(5)根据上述安装后缓冲材料砌块的平均干密度计算得到满足高放废物深地质处置库对缓冲材料要求的安装后缓冲材料砌块的饱和密度ρ
sat
。2.根据权利要求1所述的基于蒙脱石有效密度确定缓冲材料设计参数指标的方法，其特征是：所述步骤(2)中，所述蒙脱石的有效干密度ρ'通过公式得到，所述公式为：其中，ρ'为膨润土中蒙脱石的有效干密度；R为膨润土中非膨胀性粘土的质量占比；1
‑
R为膨润土中蒙脱石含量占比；ρ
db
为安装前缓冲材料的干密度；ρ
非clay
为非膨胀性粘土的干密度2.780g/cm3。3.根据权利要求2所述的基于蒙脱石有效密度确定缓冲材料设计参数指标的方法，其特征是：所述步骤(3)中，同一种膨润土，蒙脱石的有效干密度为定值，以所述蒙脱石的有效干密度通过上述公式计算得到不同蒙脱石含量的安装前缓冲材料的干密度ρ
db
。4.根据权利要求1所述的基于蒙脱石有效密度确定缓冲材料设计参数指标的方法，其特征是：所述步骤(4)中，安装后的缓冲材料环形砌块(2)的平均干密度ρ
d
通过公式计算得到，所述公式为：其中，ρ
d
为处置孔中安装后缓冲材料环形砌块(2)的平均干密度；ρ
db
安装前缓冲材料的干密度；ρ
dp
为膨润土松散颗粒的干密度；S
c
为外间隙(4)的横截面积；S
t
为处置孔横截面面积与处置容器(3)横截面面积之差；d<...
【专利技术属性】
技术研发人员：李昱茜，王旭宏，吕涛，侯伟，夏加国，吕敏，王馨，李昶，
申请(专利权)人：中国核电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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