[实用新型]粘土渗透-膨胀力耦合测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测试装置，尤其涉及一种粘土渗透-膨胀力耦合测试装置。

背景技术

核电及国防军工等核能事业的大发展，虽然给人类提供了极大的便利，与此同时也产生了大量的高水平放射性废物，这些高放废物由于具有放射强度高、半衰期长、毒性大、发热量大等特征，其破坏作用巨大，影响可长达数百年至数万年、甚至更长的时间，若不加以安全处置，不仅严重危及人类健康与自然环境，而且必将制约核能事业的发展，为了核工业与人类、自然的和谐，实现经济社会的可持续发展，安全处置高放废物已成为一项重要的、长期的、紧迫的、复杂的战略任务。

在众多处置方案中，高放废物深地质处置是开发时间最长，也是目前最有希望投入应用的处置方案。在处置库的多重屏障结构中人工屏障自内到外主要由高放废物固化体、废物包装容器和缓冲回填材料构成；周围的地质体称为天然屏障，即围岩。研究发现，以蒙脱石为主要成分的高压实膨润土具备化学屏障和机械屏障的双重功效。国外对缓冲材料的研究已有30多年，20世纪70年代，瑞典科学家首先认识到，缓冲回填材料应具有良好的吸水性和膨胀性，经过对粘土多种矿物的比较、分析和一系列的试验（包括吸水膨胀性、对核素的吸附性、其导热性及改善方法、加工成型性等）研究，认为以蒙脱石为主要成分的膨润土是最合适的材料。目前，很多国家参照瑞典科学家们的研究方法对缓冲回填材料进行了深入的研究。

缓冲材料的主要作用是：充填废物罐与围岩间的空隙和近场岩体中的裂隙或孔隙，将废物罐固定在一定的位置，缓冲围岩压力对废物罐的影响，阻止地下水进入废物包装容器，改变地下水的化学成分，调节地下水的pH值，阻滞核素迁移，同时也对辐射热起着重要的导体作用。

处于地质条件下的压实膨润土不仅要阻滞高放废物中核素向外迁移，同时又不可避免地受到地下水的渗透侵蚀作用，膨润土遇到水后其膨胀性能显著，膨胀的膨润土有利于充填废物罐与围岩间的空隙和近场岩体中的裂隙或孔隙，但过大的膨胀压力又会使废物罐被挤出甚至变形，因此，模拟高放废物地质处置中膨润土压实块体的渗透性与膨胀力耦合效果，对处置库的长期安全稳定至关重要。对膨润土作为高放废物地质处置的缓冲材料的渗透-膨胀性能进行初步的模拟工程现场的数值分析，为今后地下实验室的建立和地质处置库的运行提供参考。

发明内容

本实用新型的目的在于提供了一种粘土渗透-膨胀力耦合测试装置，该测试装置对膨润土的渗透-膨胀性能进行初步的模拟工程现场的数值分析，为今后地下实验室的建立和地质处置库的运行提供参考。

本实用新型是这样来实现的，它包括螺杆、渗透腔体、压头、压力传感器、压力显示器、入液管、渗透液滴管,其特征是若干根螺杆分别贯穿渗透腔体上下端的连接孔螺纹连接压头，压头下方设有压力传感器，压力传感器连接压力显示器，所述渗透腔体内设有入液管，入液管连接渗透液滴管。

本实用新型的技术效果是：实验装置简单易行，能够对膨润土的渗透-膨胀性能进行初步的模拟工程现场的数值分析。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

在图中，1、螺杆 2、渗透腔体 3、压头 4、压力传感器 5、压力显示器 6、入液管 7、渗透液滴管。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型是这样来实现的，若干根螺杆1分别贯穿渗透腔体2上下端的连接孔螺纹连接压头3，压头3下方设有压力传感器4，压力传感器4连接压力显示器5，所述渗透腔体2内设有入液管6，入液管6连接渗透液滴管7，实验操作如下：

1、实验样品为较均匀的粉末状粘土，也可以为混合粉末状粘土混合物。渗透液为水或含有其它离子的溶液均可。先将预处理的实验样品按一定密度分层填入渗透腔体2内，确保均匀平整，实验样品上下层均放置金属滤片和渗水垫，防止膨润土流失，维持渗透液滴管7水压梯度在400-600mm之间；

2、试验开始后，通过入液管6注入连续性水流，在试验过程中，定期加入渗透液确保压头在规定范围内；

3、启动实验后，定时记录渗透液的渗透量、压力传感器数值、温度，压头数值等数据；

4、待日渗透量保持稳定不变，且膨胀力维持恒定后实验结束，用辅助脱模设备拆除设备；

5、整理耦合实验的数据，用平衡后单位时间内渗水量，通过达西渗透定律公式计算渗透率，根据应力传感器数据直接计算粘土的膨胀力，最终获得获得耦合测试的实验结果。