[发明专利]一种膨润土侵蚀模拟试验设备及试验方法

说明书

本发明公开一种膨润土侵蚀模拟试验设备及试验方法，涉及膨润土侵蚀研究技术领域，包括膨胀渗透仪、饱和试验水槽和侵蚀试验储液装置，膨胀渗透仪包括底座、试样环和活塞，试样环内设置膨润土试样，膨润土试样两端设置透水垫片，两透水垫片上均设置有进液孔和出液孔；活塞顶部安装压力传感器；膨胀渗透仪浸泡于试验溶液内进行膨润土试样的饱和试验，且底座连接排气装置，用于饱和试验前排出底座内的空气；透水垫片通过管路与侵蚀试验储液装置内的试验溶液连通，以进行循环侵蚀试验。本发明能够用于模拟出膨润土在不同循环溶液侵蚀条件下，膨胀力、循环溶液浊度、电导率和pH值等的变化过程，实用性强。

技术领域

本发明涉及膨润土侵蚀研究技术领域，特别是涉及一种膨润土侵蚀模拟试验设备及试验方法。

背景技术

作为高放废物地质处置库缓冲/回填材料的主要组成部分或基材，膨润土是一种典型的膨胀性粘土，在地下水的作用下，将由非饱和状态缓慢水化饱和，不仅能够逐渐封闭施工缝隙，并进一步封闭一定距离范围内的围岩裂隙。随着膨胀挤入裂隙膨润土的密度逐渐降低，有可能被流动的地下水带走，发生物理侵蚀。另一方面，钠基膨润土在地下水离子浓度较低的情况下易分散生成稳定胶体，有发生化学侵蚀的可能。并且，膨润土的物理侵蚀和化学侵蚀常相伴发生，是一个复杂的过程，影响因素很多，如膨润土的膨胀性、渗透性以及膨润土胶体的特性，围岩的力学、水理特性，围岩裂隙的宽度、深度及侧壁表面特征(如摩擦力)，地下水的化学成分、流速、流量等，且各因素之间有着密切的相互联系。

膨润土在地下水作用下发生侵蚀，主要从两个方面影响处置库的长期安全性，一是膨润土胶体可能成为加速核素迁移的潜在危险，二是膨润土的整体密度降低而无法保证其工程性能，如膨胀力、渗透性要求等。目前，我国已确定花岗岩为处置库首选围岩类型，缓冲/回填材料的研究以高庙子钠基膨润土为主，钠基膨润土在围岩裂隙水的作用下是有可能发生侵蚀现象的，必须给予足够重视。然而，现有用于膨润土侵蚀研究的模拟试验设备，无法将侵蚀与膨润土的宏观性能变化相联系，无法准确评价膨润土膨胀进入裂隙与侵蚀的关系，也不能研究围岩孔隙大小对于膨润土侵蚀的延缓或抑制作用，不利于对膨润土侵蚀作用的影响程度及其发生机理展开深入研究。因此，迫切提出一种新型地下水侵蚀压实膨润土模拟试验设备及试验方法，以克服上述现有技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种膨润土侵蚀模拟试验设备及试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，该膨润土侵蚀模拟试验设备及试验方法能够用于模拟膨润土在不同循环溶液侵蚀的条件下，膨胀力、循环溶液浊度、电导率和pH值等的变化过程，从而查明离子浓度、水流速度、干密度、物理屏障孔隙等与膨润土侵蚀的关系。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种膨润土侵蚀模拟试验设备，具体包括：

膨胀渗透仪，所述膨胀渗透仪包括底座、安装于所述底座上方的试样环和滑动安装于所述试样环内的活塞；所述试样环内设置膨润土试样，且所述膨润土试样的顶部和底部分别设置有上透水垫片和下透水垫片，所述活塞位于所述上透水垫片的上方，所述上透水垫片上连接有上进液孔和上出液孔，所述下透水垫片上连接有下进液孔和下出液孔；所述活塞顶部安装压力传感器；

饱和试验水槽，所述饱和试验水槽内盛装有试验溶液，所述膨胀渗透仪浸泡于所述试验溶液内用于进行所述膨润土试样的饱和试验；所述底座连接排气装置，用于在饱和试验前排出所述底座内的空气；

侵蚀试验储液装置，所述侵蚀试验储液装置内盛装试验溶液，该试验溶液与饱和试验阶段所用的试验溶液为同种类、同浓度；所述上进液孔和所述下出液孔通过循环管连通，所述下进液孔和所述上出液孔分别通过管路与所述侵蚀试验储液装置内的试验溶液连通，形成试验溶液的循环流动，以在所述膨润土试样饱和后进行循环侵蚀试验。

可选的，还包括控制系统，所述压力传感器与所述控制系统信号连接，所述压力传感器用于实时检测所述膨润土试样的膨胀力，并将检测数值传输给所述控制系统。