[发明专利]一种分层压实制备土样的装置

说明书

本发明涉及一种分层压实制备土样的装置，包括底座、主体、加压顶盖和限位板，其中：底座由圆盘及其中央处的底座圆柱组成；主体放置于底座的圆盘内，具有由多个弧形板拼接而成的圆筒；加压顶盖具有一上一下设置的上圆饼和中央带圆孔的下圆饼，下圆饼用于伸入圆筒内，且圆孔可穿设于底座圆柱上，上圆饼和下圆饼之间设有多个连接圆柱，连接圆柱上沿高度方向设有多个环形凸起；限位板用于放置在主体顶部，并通过对环形凸起进行限位，从而限定下圆饼伸入圆筒中的深度，控制土样压实高度。与现有技术相比，本发明可高效便捷制作特定规格的土样，能保证土样便于施加多场条件模拟地下处置库的真实条件；同时分层压实的控制，保证了制作土样的均匀性。

技术领域

本发明属于土工试验土样制备装备，涉及一种分层压实制备土样的装置，尤其是涉及一种分层压实，可控制分层压实高度，制备特定中空土样以模拟核废料处置库中膨润土真实环境的装置。

背景技术

高放射性核废物深地质处置是通过设置种种屏障的方式，将废弃物封存在距地表以下500～1000m合适岩体中，以阻止核素的泄漏与迁移。根据围岩的不同，处置库可分为单屏障库与双屏障库。其中，双屏障库选用坚硬岩层作为围岩，如美国尤卡山、日本的处置库，以及中国北山预选处置库等。双屏障库中，以蒙脱石为主要成分的高压实膨润土是最适合的人工屏障缓冲/回填材料，它具备水力屏障、化学屏障和机械屏障等多重功能。

研究表明，处置库建设与长期运营过程中，围岩的约束与地下水的入侵，膨润土自身的吸水膨胀，库内核废料产生的衰变热，以及围岩内地下水化学成分与库内混凝土结构部分衰解产生的高碱溶液等，都将影响高压实膨润土的缓冲/回填性能的发挥。此外，研究还发现，因废物罐金属壳体腐蚀、微生物降解、水的辐解等作用将产生大量气体(氢气、甲烷、二氧化碳等)，并将在罐体周围压实膨润土及相关低渗屏障体中不断积聚，从而产生极高的气体压力。因此，在处置库的长期运营过程中，作为缓冲/回填材料的高压实膨润土将经历热(T)-水(H)-力(M)-化(C)-气(G) 耦合的、极其复杂的多场多相耦合作用过程。

中国专利CN107014730A公开了一种模拟真实地下水侵蚀核废料处置库缓冲材料的方法，该专利中采用三轴压力室获得的圆柱形材料进行试验，然而本发明申请人发现，该专利中的膨润土试样的形态并不能真实还原膨润土在核废料处置库中的三维环境。

发明内容

为了真实还原膨润土在核废料处置库中的三维环境，本发明申请人经过研究发现，膨润土试样的形态应是中芯为空心圆柱体，上部覆土，几何形态为圆饼与圆环柱体组合。在制备土样的过程中，应分层压实以保证土样的均匀性。且每次制备的试样，分层压实的高度应一致，以最大保证制备试样的一致性。

本发明的目的就是为了提供一种分层压实制备土样的装置。可高效便捷制作特定规格的土样，能保证土样便于施加多场条件模拟地下处置库的真实条件。同时，分层压实的控制，保证了制作土样的均匀性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种分层压实制备土样的装置，包括：

底座，由圆盘及竖向设置于圆盘中央处的底座圆柱组成，

主体，放置于底座的圆盘内，具有由多个弧形板拼接而成的圆筒，

加压顶盖，具有一上一下设置的上圆饼和中央带圆孔的下圆饼，所述的下圆饼用于伸入圆筒内，且所述的圆孔可穿设于底座圆柱上，所述的上圆饼和下圆饼之间设有多个连接圆柱，所述的连接圆柱上沿高度方向设有多个环形凸起，

限位板，用于放置在主体顶部，并通过对环形凸起进行限位，从而限定下圆饼伸入圆筒中的深度，控制土样压实高度。

优选地，所述的圆盘由圆形底板和设置于圆形底板边缘处的一圈挡边组成。

优选地，所述的圆筒由三个弧形板拼接而成。

优选地，相邻两个弧形板之间通过楔形结构连接。