颗粒膨润土材料持水性能及渗透性能研究

论文摘要

膨润土颗粒及其与粉末的混合物（颗粒膨润土材料）由于其高膨胀性、低渗透性以及可填充不规则空洞等特点被认为是高放废物处置库砌块接缝优质的密封材料。在处置库运行期间,颗粒膨润土会受到地下水侵蚀和辐射热长期处于非饱和状态,其持水性能和渗透性能直接影响缓冲屏障渗流、核素迁移以及接缝膨胀愈合。而通常级配和压实度是影响土体持水性能、渗透性能和其他工程特性的重要因素。本论文首先通过自然堆积密度和自由膨胀率试验确定颗粒膨润土材料的最优级配,然后采用压力板法和水汽平衡法对不同干密度和不同颗粒粒径的颗粒膨润土材料进行脱湿过程土水特征曲线的测定,并结合扫描电镜和压汞微观试验,探讨了干密度和颗粒粒径对颗粒膨润土材料持水性能的影响机制。最后采用变水头渗透试验测定了膨润土颗粒材料的饱和渗透系数,结合土水特征曲线试验结果预测颗粒膨润土材料的非饱和渗透系数,分析颗粒膨润土材料在非饱和状态下的渗透性能。由自然堆积密度和自由膨胀率试验结果可知,颗粒率为70%时,颗粒膨润土的膨胀性能最佳,堆填密度最大,并且呈现出膨润土颗粒粒径越大,堆填密度越大,自由膨胀率越小的趋势,但粒径10.5mm的颗粒膨润土表现出优于粒径0.50.25mm的膨胀性能。土水特征曲试验结果表明,在低吸力范围内,干密度对土水特征曲线影响明显,随着干密度的增大,相同吸力对应的含水率减小;在高吸力范围内（含水率小于20%时）,干密度对土-水特征曲线几乎没有影响。膨润土颗粒粒径越大,试样内部孔隙增多,失水速率越快,持水能力降低。Gardner模型是最适合拟合颗粒膨润土材料土水特征曲线的模型。微观试验结果表明,颗粒膨润土材料呈现与膨润土粉末相似的孔径分布曲线,为团聚体内孔隙和团聚体间孔隙形成的典型双峰模式,干密度对团聚体内孔隙基本无影响,主要影响团聚体间孔隙。颗粒膨润土材料饱和后,材料中高密度膨润土颗粒与周围膨润土粉末并没有处于均质状态,所包含的团聚体内部晶层没有完全膨胀,并且随着膨润土颗粒粒径的增大,材料中未膨胀的团聚体颗粒也越大。由土水特征曲线和饱和渗透系数预测颗粒膨润土材料的非饱和渗透系数结果显示,随着干密度的增大,颗粒膨润土材料非饱和渗透系数减小,而随着膨润土颗粒粒径的增大,非饱和渗透系数增大。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 研究内容
•   1.3 研究意义
•   1.4 论文提纲
•   1.5 创新点
• 第二章 颗粒膨润土材料国内外研究现状
•   2.1 高放废物处置及接缝愈合研究
•   2.2 颗粒膨润土
•     2.2.1 颗粒膨润土的应用
•     2.2.2 颗粒膨润土的生产方法
•     2.2.3 颗粒膨润土的级配选择
•   2.3 土水特征曲线
•     2.3.1 测定方法及曲线形状
•     2.3.2 颗粒膨润的土土水特征曲线
•   2.4 颗粒膨润土的渗透性能与微观结构
• 第三章 颗粒膨润土材料制备与最佳组构确定
•   3.1 高庙子膨润土
•   3.2 膨润土颗粒的制备
•   3.3 颗粒膨润土的最佳级配
• 第四章 颗粒膨润土土水特征曲线试验研究
•   4.1 试验设计
•   4.2 试样制备
•   4.3 试验过程
•   4.4 试验结果
•     4.4.1 干密度的影响
•     4.4.2 膨润土颗粒粒径的影响
•   4.5 土水特征曲线模型选取
•   4.6 本章小结
• 第五章 颗粒膨润土的微观结构试验
•   5.1 试验方法
•     5.1.1 压汞试验（MIP）
•     5.1.2 扫描电镜试验（SEM）
•   5.2 试验结果与分析
•     5.2.1 压汞试验（MIP）
•     5.2.2 扫描电镜试验（SEM）
•   5.3 本章小结
• 第六章 颗粒膨润土的非饱和渗透系数预测
•   6.1 饱和渗透试验
•     6.1.1 试验过程
•     6.1.2 试验结果
•   6.2 非饱和渗透系数的预测
•   6.3 本章小结
• 第七章 结论和展望
•   7.1 结论
•   7.2 展望
• 参考文献
• 在学期间的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 苏振妍

导师: 张虎元

关键词: 高放废物处置,砌块接缝,密封材料,颗粒膨润土材料,土水特征曲线,微观结构,非饱和渗透系数

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 兰州大学

基金: 国家自然科学基金项目“高放缓冲砌块接缝的愈合机理及愈合效果评价研究”

分类号: TU43

总页数: 76

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