[实用新型]基于光纤光栅土压力传感器的粘土吸水膨胀力测试系统

说明书

技术领域

本实用新型属于高危化学物品的处置与监测设备的研究与开发技术领域，特别是涉及一种基于光纤光栅土压力传感器的粘土吸水膨胀力测试系统，可用粘土材料吸水膨胀后内部自由场应力及接触面应力测量。

背景技术

核技术在国防、能源、医学等方面具有广泛的用途。在应用过程中会产生大量的高放射性废物。对于高放射废物的处置是核技术发展过程中一个必须解决的问题。在众多高放废物处置方案中，深地质处置是目前最有希望投入应用的处置方案。处置库的多层屏障结构从里向外依次是高放废物固化体、废物罐、缓冲回填材料层和天然屏障层。国内外相关人员对缓冲回填材料的研究已经有数十年，以蒙脱石为主要成分的膨润土材料具有导热系数大、渗透性低、阻滞性能强、吸水膨胀性能好等特点，被认为最适宜作为废物处置系统中的缓冲回填材料。

核废物处置系统中，作为缓冲回填材料的膨润土在受到地下水的渗透侵蚀后会产生明显的吸水膨胀，有利于充填废物罐与围岩间的孔隙，阻滞核素迁移，但吸水膨胀力过大可能会影响废物罐的稳定性，甚至导致废物罐变形，影响废物处置系统的安全性。因此，对高放废物处置系统中缓冲回填材料的吸水膨胀特性进行深入研究对废物处置库的建立及安全评估具有重要意义。

在该领域，已有的成果是东华理工大学任广元等申请的“粘土渗透－膨胀耦合测试装置”（专利申请号：CN201120009893.），该装置将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。但是，该装置的压力传感器安装在渗透腔上部，只能测量材料与腔体接触面压力，不能测量材料内部自由场压力，另外，该装置不能同时进行多组测量。

发明内容

本实用新型的目的是：提供一种用于粘土材料吸水膨胀力变化过程持续监测的准分布式测试系统，该系统具有结构简单、可靠性高、可同时进行多组测量等优点。

本实用新型的技术方案：基于光纤光栅土压力传感器的粘土吸水膨胀力测试系统，包括容器箱、光纤光栅土压力传感器、供水箱、水箱支架、注水管、流量阀、光纤光栅解调仪和数据采集计算机，所述容器箱为矩形或圆形空腔，容器箱上部设置着上盖板，上盖板与容器箱通过活动螺钉连接；上盖板中心处设置着与注水管相通的注水孔；所述光纤光栅土压力传感器安装设置在容器箱内空腔的中心位置，在容器箱侧壁上设置着光缆引出孔，穿过光缆引出孔，通讯光缆将容器箱内的光纤光栅土压力传感器与容器箱外的光纤光栅解调仪相连，光纤光栅解调仪则通过网线与数据采集计算机连接。所述光缆引出孔设置在容器箱侧壁的中心位置处，至少设置一个。所述光纤光栅土压力传感器两端预留FC/APC标准接口，便于多组装置同时测试。

本实用新型的有益效果：由于光纤光栅土压力传感器具有防水性能好、寿命长等优点，因此该系统适用于长期监测；该系统的土压力传感器可安装于粘土材料内部，也可安装在接触面处，可同时满足材料内部自由场应力与接触面压力的测量需求；该系统使用的光纤光栅传感器两端都预留有FC/APC标准接口，便于组网，只需一套数据采集系统就可以同时进行多组实验。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型的主视结构示意图；图2是容器箱的剖视图。

具体实施方式

实施例1、基于光纤光栅土压力传感器的粘土吸水膨胀力测试系统，如图1及图2所示，包括容器箱1、光纤光栅土压力传感器2、供水箱3、水箱支架4、注水管5、流量阀6、光纤光栅解调仪9和数据采集计算机11，所述容器箱1为矩形或圆形空腔，容器箱1上部设置着上盖板14，上盖板14与容器箱1通过活动螺钉12连接；上盖板14中心处设置着与注水管5相通的注水孔；所述光纤光栅土压力传感器2安装设置在容器箱1内空腔的中心位置，在容器箱1侧壁上设置着光缆引出孔13，穿过光缆引出孔13，通讯光缆7将容器箱1内的光纤光栅土压力传感器2与容器箱1外的光纤光栅解调仪9相连，光纤光栅解调仪9则通过网线10与数据采集计算机11连接。所述光缆引出孔13设置在容器箱1侧壁的中心位置处，至少设置一个。所述光纤光栅土压力传感器两端预留FC/APC标准接口8，便于多组装置同时测试。

实验操作流程如下：（1）配制充足的粘土材料和渗透液，根据理论分析结果确定光纤光栅土压力传感器的量程和灵敏度，打开光纤光栅解调仪及数据记录计算机，记录光纤光栅土压力传感器的初值；（2）关闭流量阀，将供水箱注满渗透液，打开上盖板，将粘土材料按一定的压实度逐层装入容器腔，待粘土材料装至容器腔一半高度时安装光纤光栅土压力传感器，安装时确保土压力传感器压紧，然后逐层装入粘土材料，拧紧容器腔上盖板；（3）记录光纤光栅土压力传感器的压紧值，打开流量阀，开始测试，测试时要按时记录光纤光栅土压力传感器[2]的压力值以及环境温度，整个测试过程要确保供水箱渗透液充足；（4）在同等温度条件下，待光纤光栅土压力传感器输出值稳定后结束实验，测试获得该粘土材料的吸水膨胀力。