膨润土在核废料处置环境中的膨胀衰减规律研究.pdf

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1、JournalofEngineeringGeology工程地质学报1004—9665／2014／22(2)一0203—07膨润土在核废料处置环境中的膨胀衰减规律研究冰姜昊徐永福项国圣(上海交通大学土木工程系上海200240)摘要利用Phreeqc软件模拟了核废料处置库中高压实膨润土中发生的化学反应，建立了K、ca、Na、Mg4种阳离子的离子交换和矿物溶解沉淀的一维运移反应模型。模拟了核废料处置环境中，膨润土化学组分在不同流体环境下随时间和空间的变化规律，验证了膨胀性的衰减主要是由Na基蒙脱石转变为ca基蒙脱石引起。结合膨润土化学组分变

2、化结果，对膨润土膨胀性衰减程度进行了评估。得到1万年后海水和地下水环境下的高庙子膨润土膨胀性衰减系数分别达到0．83和0．92，MX80膨润土达到0．79和0．90。关键词Phreeqc核废料处置膨润土水文地球化学膨胀性中图分类号：P642．22文献标识码：ANUMERICALSIMULATIoNFoRDECAYOFSWELLINGCAPACITYoFBENToNITEINHIGH．LEVELNUCLEARWASTEREPoSIToRYJIANGHaoXUYongfuXIANGGuosheng(SchoolofCivilEnginee

3、ringandMechanics，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240)AbstractThehydrogeochemicalreactionofthehigh--pressurebentoniteinthehigh-levelnuclearwasterepositorywassimulatedwiththesoftwarePhreeqc．Aone—dimensionaltransportmodelisestablishedinconsiderationofthecationexchang

4、eofK，Ca，Na，Mgandmineraldissolutionandprecipitationreactions．Thecurvesofthebentonitechemicalcomponentschangingovertimeandspaceareobtained，whichverifiesthatthedecayinswellingcapacityismainlycausedbythetransformationfromNa—montmorilloniteintoCa—montmorillonite．Thedegreeofd

5、ecayinswellingcapacityisevaluated．DecaycoeficientsoftheGMZandMX80bentoniterespectivelyreach0．83and0．79intheseawaterand0．91and0．90intheundergroundwaterafter10000years．KeywordsPhreeqc，Nuclearwasterepository，Bentonite，Hydrogeochemistry，Swellingcapacity土和砂的混合物填充在核废料罐和围岩之间，遇

6、水1引言膨胀后，会填充周围围岩中的裂隙，形成不渗透区，隔绝核废料罐和周围环境的联系⋯。放射性核废近年来，膨润土因其膨胀性、低渗透性，广泛应料在地下处置库中会继续衰变产生热量，温度可以用于核废料处理的土障材料。高压实膨润土或膨润达到IO0~C，膨润土膨胀后围岩会对其施加很大围收稿日期：2013-06-29；收到修改稿日期：2013—12—16．基金项目：国家自然科学基金项目(41272318)资助．第一作者简介：姜吴，男，硕士，主要从事膨润土工程特性研究．Email：jiangmouse@126．conJournalofEngineer

7、ingGeology工程地质学报2014压，地下流体中的组分会与之发生反应。因此膨润快于离子扩散，水分子优先进入晶层间，故可以假定土障中处于高温高压的特殊环境中，会产生传热初始状态时饱和膨润土晶层中的水为纯水。(T)、渗流(H)、力学(M)和化学(C)多个过程的耦核废料处置库一般修建在地下深处或海底，因合作用。此模拟环境中的外界地下流体采用了海水和深层地核废料地下处置库的稳定性的要求时间很长，下水两种不同的溶液，比较外界溶液浓度对膨胀性一般超过lO000a，室内和现场原位试验与之相比只衰减的影响。是短暂的瞬时。因此数值模拟方法具有经济

8、、迅速、由于高压实膨润土的渗透性非常低，膨润土孔可重复性好和可进行长时间预测等优点。隙中的流体几乎是静止的，忽略流体对流作用，溶质目前，Efcsson基于方案设计模型、结构模型和运移仅依靠扩散作用。工序处理模型开发了计算