复杂环境下膨润土膨胀特性研究

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1、上海交通大学硕士学位论文复杂环境下膨润土膨胀特性研究(国家自然科学基金资助项目:4127231841472251)硕士研究生：姜昊学号：1120109069导师：徐永福教授申请学位：工学硕士学科：岩土工程所在单位：船舶海洋与建筑工程学院答辩日期：2015年2月授予学位单位：上海交通大学AthesissubmittedtotheGraduateSchoolofShanghaiJiaoTongUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheDegreeofMasterofEngine

2、eringSTUDYONTHESWELLINGCHARACTERISTICSOFBENTONITEINCOMPLEXENVIRONMENTSupportedbyNationalNatureScienceFoundationofChina(GrandNo.4127231841472251)Candidate：JiangHaoStudentID:1120109069Supervisor：Prof.XuYongfuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：CivilEngineer

3、ingSchoolofNavalArchitecture,OceanAffiliation：andCivilEngineeringDateofDefence：Feb,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversityI上海交通大学硕士学位论文摘要复杂环境下膨润土膨胀特性研究摘要膨润土因其特殊的膨胀特性，低渗透性，常被用作核废料处置库，地下垃圾填埋场的土障材料。它可以吸水膨胀封闭裂隙，自身的低渗透性可以隔绝核废料或污染物与外界环境的联系。但是这些地下处置库填埋场往往处

4、于复杂的地质环境中，这些环境因素会对膨润土的膨胀特性产生较大的影响。为此，本文对膨润土的在复杂环境下的膨胀特性变化进行了全面的研究，本文的主要研究内容如下：（1）从膨润土的膨胀机理和结构特征入手，介绍了双电层模型和分形吸附模型两种膨润土膨胀模型，分析了这两种模型适用性。在此基础上提出一种新的膨润土膨胀力预测模型。该模型分别用双电层模型和分形模型来解释渗透膨胀阶段和晶层膨胀阶段，并通过双电层理论计算得到分形理论中的膨胀系数K，对影响K值因素进行了讨论。（2）详细介绍了膨润土中THMC四场耦合相互作用，并根据四场的相互影响大小，将耦合机制

5、进行了简化。基于前人的THMC多场耦合模型，引入本文推导的新的膨胀模型，重新建立了多场耦合方程。并根据前文关于膨润土的孔隙结构、膨胀机理的讨论结果，建立各个变量之间的耦合本构关系。（3）利用多场耦合模型，模拟了一个核废料处置库中膨润土土障的温度、饱和度、应力、位移等物理量的变化情况。分析了结果对相关参数的敏感性，模拟各种环境因素对膨润土膨胀特性的影响情况。（4）针对化学反应对于膨润土膨胀特性影响的时间尺度较长，II上海交通大学硕士学位论文摘要建立长时间尺度下饱和膨润土中的化学物质运移反应模型，模拟了长时间尺度下因为化学场作用而导致的膨

6、润土的膨胀性衰减情况。关键词：膨润土,膨胀机理,双电层理论,分形吸附理论,THMC多场耦合,数值模拟,膨胀衰减.III上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTSTUDYONTHESWELLINGCHARACTERISTICSOFBENTONITEINCOMPLEXENVIRONMENTABASTRACTBentoniteshavebeenoftenchosenasbuffermaterialinnuclearwasterepositoriesandundergroundlandfill.Itcanfillupfracturebecau

7、seofhighswellingpotential,anditslowpermeabilitycanpreventnuclearwasteorcontaminantscontactingwiththeexternalenvironment.Buttheseundergroundrepositorieslandfillareoftenlocatedincomplexgeologicalenvironmentwhichwillhaveagreaterinfluenceontheswellingcharacteristicofbentoni

8、te.Inthispaper,acomprehensivestudyontheswellingcharacteristicofbentoniteinacomplexenvironmenthasbeenconducted,