[发明专利]一种土的多场耦合三维溶蚀试验装置

说明书

本发明涉及一种土的多场耦合三维溶蚀试验装置，包括主体溶蚀室、盖组件和场作用组件，主体溶蚀室具有样品安装筒以及套设于样品安装筒外的外筒，盖组件包括盖设于主体溶蚀室两端的端盖，场作用组件包括作用于样品安装筒的流体场施加机构，还包括作用于样品安装筒应力场施加机构、和/或温度场施加机构、和/或化学场施加机构；流体场施加机构由样品安装筒与外筒之间的环隙形成水流侵蚀通道、开设于样品安装筒侧壁上的人工裂缝以及设置于端盖上的与水流侵蚀通道相连通的水流通孔组成。与现有技术相比，本发明可以模拟核废料处置库真实环境，同时控制多场变量，研究多场耦合下压实膨润土受围岩裂隙水的侵蚀状况。

技术领域

本发明属于土工试验装备，涉及一种土的多场耦合三维溶蚀试验装置，尤其是涉及一种化学-力-温度多场耦合，可控制不同场及流体流速的大小，模拟真实核废料处置库膨润土缓冲层受孔隙水侵蚀的三维溶蚀试验装置。

背景技术

随着核能的广泛利用，不可避免地产生了大量的高放射性废物，处置这些废物已成为一个热门问题。中国、法国、瑞典和其他国家已经采用了深层地质处置方法。在这种方法中，由废料罐和缓冲材料组成的人工屏障和由周围岩石形成的天然屏障阻止放射性核素的迁移和泄漏，以隔离放射性废物。作为多屏障系统的候选缓冲/ 回填材料，膨润土通过填充废物罐和周围岩石之间的区域，在隔离高层次核废物方面发挥了不可或缺的作用。这要归功于它的低导水率、高膨胀能力、高放射性核素延缓能力和长期的安全性。此外，一旦在地下水流中饱和膨胀，膨润土不仅可以封闭自身的缝隙，还可以被挤压到裂缝中，抑制和阻止放射性核素向周围环境的迁移，这对储存库的安全是有利的。然而，如果挤压进度持续过长，膨润土因挤压而流失到裂缝中的比例过高，那么缓冲层内膨润土密度的降低可能会导致其有利的性能降低。因此有必要研究压实膨润土在地下处置库中，受流体冲刷侵蚀的影响。以评判处置库的长期稳定性，保障核废料处置库的安全。

发明内容

为了研究压实膨润土在化学-力-温度多场耦合条件下，受流体冲刷侵蚀的影响，模拟膨润土在核废料处置库中的真实三维环境，本发明申请人经过研究发现，三维溶蚀室应满足多场可控，由于核废料处置库中，核废料罐会产生热量和气体，并向外扩散，因此温度场及气压应当同时加在试样内部；由于围岩压力及上覆土层的土压，圆柱形试样应受到径向向内的压力及竖向的垂直向下的压力；由于地下围岩裂隙水中存在多种化学物质，因此侵蚀试样的流体应当是化学溶液。为了研究不同作用力及流体流速对膨润土试样溶蚀的影响，所有作用力及流体流速都应当是可控的。为了实时观察不同时间试样的状态，溶蚀腔外壁必须是透明的。同时，为了保证高温高压下溶蚀腔的气密性，对构件的连接也有很高的要求。

本发明的目的就是为了提供一种土的多场耦合三维溶蚀试验装置。可模拟真实核废料处置库环境，控制多场变量，研究多场耦合下压实膨润土受围岩裂隙水的侵蚀。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种土的多场耦合三维溶蚀试验装置，包括主体溶蚀室、盖组件和场作用组件，

所述的主体溶蚀室具有样品安装筒以及套设于样品安装筒外的外筒，所述的盖组件包括盖设于主体溶蚀室两端的端盖，所述的场作用组件包括作用于样品安装筒的流体场施加机构，还包括作用于样品安装筒应力场施加机构、和/或温度场施加机构、和/或化学场施加机构；

所述的流体场施加机构由样品安装筒与外筒之间的环隙形成水流侵蚀通道、开设于样品安装筒侧壁上的人工裂缝以及设置于端盖上的与水流侵蚀通道相连通的水流通孔组成。

进一步地，所述的人工裂缝可根据试验需求，开设不同角度，宽度的裂缝。

进一步地，所述的两个端盖之间通过多根两端带有螺纹的安装杆连接，并通过螺帽将两个端盖固定。用以保证系统稳定。

进一步地，所述的应力场施加机构包括加压杆以及与加压杆相连的外部应力伺服加压架，所述的加压杆可伸缩的穿过一侧端盖并伸入主体溶蚀室。用于给试样施加应力。