【摘要】：高水平放射性核廢物的最終處置已受到世界各國(guó)越來(lái)越多的關(guān)注,目前國(guó)際上普遍接受的可行性方案是深層地質(zhì)處置。膨潤(rùn)土因具有高膨脹性、低滲透性、優(yōu)良的核素吸附性等,被世界各國(guó)選作深層地質(zhì)處置多重工程屏障系統(tǒng)中緩沖和回填材料的基質(zhì)材料。本文以我國(guó)預(yù)選高放廢物處置庫(kù)甘肅北山地區(qū)為背景�？紤]到該地區(qū)地下水中含有總?cè)芙夤腆w(TDS),選擇NaCl-Na2SO4作為溶解固體。本文對(duì)三種我國(guó)緩沖/回填材料的首選基質(zhì)材料內(nèi)蒙古興和縣高廟子鄉(xiāng)高廟子膨潤(rùn)土(GMZ膨潤(rùn)土)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,包括不同開(kāi)采批次高廟子膨潤(rùn)土的物理和力學(xué)特性對(duì)比;初始含水率和干密度對(duì)高廟子膨潤(rùn)土壓實(shí)樣膨脹變形和膨脹力的影響;膨潤(rùn)土壓試樣在鹽溶液飽和下的膨脹特性和膨潤(rùn)土壓試樣在鹽溶液浸潤(rùn)下的強(qiáng)度特性。這些研究?jī)?nèi)容都是核廢物深層地質(zhì)處置工程在理論上及工程應(yīng)用中亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上提出能預(yù)測(cè)包括膨脹變形、膨脹力在內(nèi)的宏觀和微觀模型,具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:1.對(duì)兩種高廟子鈉基膨潤(rùn)土和一種高廟子鈣基膨潤(rùn)土進(jìn)行了膨脹特性和壓縮試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)兩種鈉基膨潤(rùn)土的膨脹和壓縮特性存在一定的差異,但和鈣基膨潤(rùn)土明顯不同。對(duì)飽和后兩種膨潤(rùn)土進(jìn)行壓汞試驗(yàn)(MIP)和掃描電子顯微鏡測(cè)試(SEM)發(fā)現(xiàn),在相同孔隙比下,GMZ07集聚體間孔隙較多,并且GMZ001集聚體的水化程度大于GMZ07。結(jié)合土工和微觀試驗(yàn)的結(jié)果,認(rèn)為導(dǎo)致兩者力學(xué)性能差異的主要原因是由于蒙脫石含量的不同,其次是顆粒粒徑大小的差異。2.對(duì)不同初始含水率、干密度和摻砂率的GMZ鈉基膨潤(rùn)土壓實(shí)試樣進(jìn)行了膨脹和壓縮試驗(yàn)。初始含水率會(huì)對(duì)膨潤(rùn)土的膨脹力有所影響,當(dāng)含水率較低(5-20%)的范圍內(nèi),試樣最終膨脹力基本相同;當(dāng)試樣的初始含水率大于20%,試樣的最終膨脹力呈現(xiàn)出隨含水率增加而明顯下降,并且隨著含水率進(jìn)一步的增加,下降趨勢(shì)越來(lái)越明顯。本文認(rèn)為在初始含水率大于20%(即最優(yōu)含水率)后,膨潤(rùn)土試樣內(nèi)微觀孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的,是導(dǎo)致膨脹力和膨脹變形隨含水率增加發(fā)生明顯下降的主要原因。GMZ鈉基膨潤(rùn)土壓實(shí)試樣的膨脹力會(huì)隨著干密度的提高而變大和摻砂率呈反比。3.對(duì)兩種GMZ鈉基膨潤(rùn)土和一種GMZ鈣基膨潤(rùn)土,利用單向固結(jié)儀,進(jìn)行了鹽溶液下膨脹和壓縮特性的研究。根據(jù)蒙脫石孔隙比的概念,統(tǒng)一整理了飽和高廟子膨潤(rùn)土在鹽溶液和蒸餾水飽和下的膨脹特性。結(jié)果表明,當(dāng)TDS濃度為12.3g/l(預(yù)選處置庫(kù)最高離子濃度)時(shí),在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中蒙脫石孔隙比與膨脹力關(guān)系和干密度與膨脹力關(guān)系均呈直線且平行于蒸餾水的試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著濃度的增加,兩種高廟子鈉基膨潤(rùn)土的膨脹性能隨著濃度的增加在單對(duì)數(shù)坐標(biāo)下線性下降。而高廟子鈣基膨潤(rùn)土的膨脹力會(huì)先隨著鹽溶液濃度的增加而提高,隨著鹽溶液濃度的再度提高而下降。導(dǎo)致該結(jié)果的原因和膨潤(rùn)土內(nèi)影響雙電層厚度的因素有關(guān)。4.通過(guò)引入蒙脫石孔隙比的概念,對(duì)兩種高廟子鈉基膨潤(rùn)土和一種鈣基膨潤(rùn)土的膨脹特性進(jìn)行了預(yù)測(cè),并將該預(yù)測(cè)方法推廣到了不同濃度鹽溶液飽和的情況。之后利用膨潤(rùn)土微觀膨脹機(jī)理和試驗(yàn)結(jié)果,得到一種從微觀角度預(yù)測(cè)膨脹性能的方法。將宏觀和微觀預(yù)測(cè)方法得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比表明,兩者接近。5.對(duì)GMZ07膨潤(rùn)土在不同的鹽溶液濃度下進(jìn)行直剪試驗(yàn),得出強(qiáng)度隨溶液濃度的增加而增加的規(guī)律。其中摩擦角隨著濃度的增加而變大,但凝聚力基本不隨著鹽溶液濃度的變化而變化。對(duì)GMZ07膨潤(rùn)土在不同鹽溶液濃度下進(jìn)行壓縮試驗(yàn),得出在不同鹽溶液濃度下的壓縮特性以及壓縮指標(biāo)。利用掃描電鏡測(cè)試分析了不同鹽溶液濃度飽和膨潤(rùn)土的微觀結(jié)構(gòu),結(jié)果表明,鹽溶液濃度會(huì)導(dǎo)致膨潤(rùn)土微觀結(jié)構(gòu)中集聚體表面變粗糙,從而提高了膨潤(rùn)土集聚體顆粒間的相互作用力。
【圖文】：

上海大學(xué)博士學(xué)位論文巖體規(guī)模巨大、完整、裂隙較少；水文地質(zhì)條件有利：地下水弱含水、低滲透、逡逑低流速、還原性；工程地質(zhì)：巖體工程質(zhì)量好；巖石高強(qiáng)度、高密度、低滲透；逡逑地應(yīng)力適中，最終在２０１丨年，甘肅北山己被定為我國(guó)高放廢物處置庫(kù)首選地區(qū)。逡逑

來(lái)實(shí)施真正的處置作業(yè)提供經(jīng)驗(yàn)。逡逑對(duì)于高放廢物，目前全世界尚無(wú)任何己公布投入運(yùn)轉(zhuǎn)的深層地質(zhì)處置場(chǎng)，逡逑只有瑞典、美國(guó)、加拿大等少數(shù)國(guó)家在進(jìn)行地下實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，如圖１．４所示。逡逑地下試驗(yàn)室主要有美國(guó)尤卡山Ｙｕｃｃａ邋Ｍｏｕｎｔａｉｎ，加拿大ＵＲＬ地下實(shí)驗(yàn)室和Ｌａｃ逡逑ｄｕ邋Ｂｏｎｎｅｔ地下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室，，比利時(shí)Ｍｏｌ的ＨＡＤＥＳ地下實(shí)驗(yàn)室，瑞典Ａｓｐｏ地逡逑下實(shí)驗(yàn)室，瑞士的Ｍｏｎｔ邋Ｔｅｒｒｉ地下實(shí)驗(yàn)室和Ｇｒｉｍｓｅｌ地下實(shí)驗(yàn)室（Ｇｒｉｍｓｅｌ邋Ｔｅｓｔ邋Ｓｉｔｅ，逡逑ＧＴＳ），德國(guó)Ａｓｓｅ地下實(shí)驗(yàn)室，法國(guó)國(guó)家放射性廢物管理局（ＡＮＤＲＡ）的逡逑Ｍｅｕｓｅ／Ｈａｕｎｔ邋Ｍａｍ和布爾高放廢物地下科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，芬蘭ＯＮＫＡＬ？地下實(shí)驗(yàn)逡逑室和邋Ｏｌｋｉｌｕｏｔｏ邋地下實(shí)驗(yàn)室，日本的邋Ｔｏｎｏ、Ｋａｍａｉｓｈｉ、Ｈｏｒｏｎｏｂｅ邋和邋Ｍｉｚｕｎａｍｉ邋等逡逑地下實(shí)驗(yàn)室。我國(guó)原定于在２０２０年左右建成地下實(shí)驗(yàn)室，這個(gè)地下實(shí)驗(yàn)室將成逡逑為我國(guó)高放射性廢物處置研究的基地。逡逑二是綜合性試驗(yàn)室試驗(yàn)計(jì)劃
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TU443

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2649004