核废料处置库膨润土膨胀变形研究.pdf

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1、蔡二伟等：核废料处置库膨润土膨胀变形研究139IX)I：10．13905／j．cnki．awjz．2015．06．052核废料处置库膨润土膨胀变形研究蔡二伟，徐力，祁佚飞，范鹏(1．盐城市交通规划设计院，江苏盐城224001；2．盐城工学院，江苏盐城224001；3．盐城市公路管理处。江苏盐城224005)【摘要】膨润土因其优良的膨胀性，常被用于核废料处置库的土障材料。因为核废料处置库会受到温度、渗流、力学、化学等多场耦合作用，膨润土在复杂环境下的的膨胀特性也会受到影响。本文建立了一个核废料处置库的多场耦合模型，模拟了核

2、废料处置库中膨润土土障的温度、饱和度、应力和位移情况，对复杂环境下的膨润土土障的安全性能进行了评价。【关键词】膨润土；膨胀特性；多场耦合；安全评价【中图分类号】TU475．5【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2015)06—0139—030引言陈益峰等在前人的基础上开发了多场耦合膨润土因其特殊的膨胀特性，低渗透性，常被用THYME3D计算程序，程序中引入多相介质流动、能量作核废料处置库，地下垃圾填埋场的土障材料。在传递、多孔介质骨架变形，模拟中考虑水的相变、空气核废料处置环境下，膨润土会受到高温高压的影响，

3、的溶解、热驱动水分流动等物理过程。从而影响其膨胀性能，这是一个传热(T)、渗流(H)、本文根据前人的多场耦合模型，引进新的膨胀模力学(M)和化学(C)多个过程的耦合作用，很难利用型和耦合机制，对核废料处置库中膨润土垫层的温原位试验来再现这一过程，只能采用数值模拟的方法。度、饱和度、应力和位移变化情况进行了分析和研究。1992年开始由美、英、法、德、日、加拿大、瑞典、西1膨胀模型班牙等国家展开的DECOVALEX国际合作项目，极大本文数学模型主要建立于渗流平衡方程、应力平的推动了岩土多场耦合理论的发展；Alonso提出衡方

4、程和温度平衡方程三个方程之上。方程参照了膨润土的本构模型巴塞罗那膨胀模型，可以反映膨Alonso的耦合方程，但是其中计算膨润土膨胀力的润土的宏观特性，包括吸水膨胀现象和湿陷现象等；方法进行了改进。力变化不大，当进行顶板施工完成并拆除支撑时，由沉，而工序2时总体趋势是隆起。侧移情况是工序1于顶板支撑作用的发挥，支撑轴线逐渐减小，最终达与工序2整体变化趋势相近，工序2的侧移变化值大到一相对稳定值。于工序1。总体来讲，沉降和侧移变化值幅度均较小。(3)支撑轴力呈现先增大后减小的趋势，随着开挖深度增加而增大，随着顶板支撑作用的发

5、挥而减小。Z暴参考文献[1]张忠苗，房凯，刘兴旺，吴祖福．基坑开挖卸载对地铁区间隧道影响的数值模拟[J]．岩土力学，2004，25(增刊)：251—255．时间，d[2]祝宜龙，白文波．上部基坑施工对软土地铁隧道变形监测与分析[J]．上海地质，2007，(4)：10—13．图6支撑轴力变化[3]祝宜龙，白文波．软土地区某运营地铁线路上部基坑施工对地5结语铁隧道影响的监测与分析[J]．岩土工程界，2007，10(11)：32(1)工序1时围护桩墙的侧移变化较小，随着—34．开挖深度的增加，在工序2所有测点位移均明显增加，[

6、收稿日期]2015—04—27最大位移值发生在基坑底附近埋深处。[作者简介]张旭伟(1971一)，男，江苏丹阳人，硕士研究生，(2)围护桩顶圈梁在工序1的总体趋势是下高级工程师，从事建设工程质量管理工作。140低温建筑技术2015年第6期(总第204期)根据实验数据⋯，饱和状态下膨润土膨胀力大小2．3计算参数与孔隙比呈指数关系，即：采用相应的流体和膨润土性质参数才能进行计e=印：(1)算，相关的性质参数见表1和表2。式中，e为孔隙比；p。为膨胀力大小，对于某种固根据相关文献，取膨润土中初始温度为20~C，初定的膨润土，其

7、指数参数a一般是固定的，本文根据国始孔隙水压设为一100MPa，孔隙气压为101．325kPa，故初始基质吸力为100101．325kPa。根据土水特征曲内常用高庙子膨润土的实验数据拟合得到a=一线公式(3)，可以得到初始饱和度为57％，初始孔隙率0．35，膨胀系数一般认为与膨润土的干密度，吸附离子种类等因素有关，在本模型中取．j}=20。为0．4。孔隙中的初始蒸汽压为5kPa，认为膨润土中当膨润土处于非饱和状态下，一般认为其膨胀力初始孔隙水为纯水，溶液浓度为0。可以近似表达为：P=p．S(2)式中，P为膨润土膨胀力；S

8、为膨润土的饱和度；b为经验参数，根据实验数据，这里取0．6。根据研究]，在计算土体渗流方程时需要用到膨润土的土水特征方程为：s=‘r(3)距离，m式中，s。为基质吸力；p0为进气值为12．68MPa；r0图1核废料处置库图2A截面上温度变化图为293K；or为0．0047K～；m等于0．211。模型平面示意图2计算模