专利名称：缓冲回填材料膨胀力随吸水量变化的测量装置及测量方法
技术领域：
在高放废物深部地质处置的工程屏障体系中，缓冲回填材料是作为阻截放射性核素向地下水环境迁移的最主要包封设施。本发明涉及一种缓冲回填材料膨胀力随吸水量变化关系的测量装置及测量方法。
背景技术：
在2009年12月第28卷第12期的《岩石力学与工程学报》上，刊登了兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室的张虎元、梁健、刘吉胜、崔素丽的论文一《混合型缓冲回填材料压实性能研究》，该文引言里记载到“高放废物深部地质处置的工程屏障体系中，缓冲回填材料是指填充在废物容器之间及废物容器与地质体之间的材料。作为阻截放射性核素向地下水环境迁移的最主要包封设施，一般认为，缓冲回填材料应具备4个方 面的作用。(I)工程屏障作用缓冲围岩压力对废物罐的影响，保持废物罐处于处置洞室中心，维护处置库结构的稳定性；(2)水力屏障作用充填废物罐与围岩间的空隙和近场岩石中的裂隙或空隙，阻止地下水(可能还有腐蚀性物质)渗流到废物罐表面；(3)化学屏障作用阻止氧化剂到达废物罐表面，同时阻止放射性气体和水溶性化合物渗漏到围岩中；(4)导热作用传导核燃料残余的衰变能及其转化的热量。”“深部地质处置工程屏障体系中，膨润土一砂混合物作为缓冲回填材料已是世界上主流开发方向。如加拿大采用Avonseal膨润土与砂混合，砂添加比例为50%，日本使用Kunigel Vl膨润土按7:3的比例添加石英砂；比利时对Fo-Ca钙基膨润土与砂混合物进行研究，认为砂添加比例为35%时得到缓冲回填材料最优的性能。过去20年间，我国主要围绕膨润土主料的筛�。醪饺衔诿晒鸥呙碜优蛉笸潦鞘室说幕撼寤靥畈牧稀�。缓冲回填材料遇地下水会膨胀，膨胀后的缓冲回填材料不能很好的发挥上述四个方面作用。而现有技术中，还没有公开缓冲回填材料膨胀力随吸水量变化关系的测量装置及测量方法。
发明内容
现有技术中遇到的技术问题是，为了更好的预防缓冲回填材料膨胀问题，如何测定缓冲回填材料的膨胀力随吸水量之间的变化关系。为解决上述技术问题，本发明公开如下测量装置
一种缓冲回填材料膨胀力随吸水量变化关系的测量装置，缓冲回填材料试样四周由环刀包围，缓冲回填材料试样上、下面分别放置有上透水石、下透水石，在上透水石下面中间位置开有凹穴，凹穴中装有土压力传感器，缓冲回填材料试样通过上、下透水石夹持在夹具中，土压力传感器上面与凹穴上面位于同一水平面，缓冲回填材料试样上面、环刀上环面、上透水石下面以及土压力传感器下面位于同一水平面，缓冲回填材料试样下面、环刀下环面以及下透水石上面位于同一水平面，夹持有缓冲回填材料试样的夹具位于封闭容器中，土压力传感器通过导线与封闭容器外的应变仪连通，在封闭容器外还装有带刻度的盛水量筒，通过导管与封闭容器连通。进一步，上述封闭容器外还具有时钟。主要用于记录时间。进一步，上述封闭容器的侧面开有观察窗。主要用于观察封闭容器内的情况。进一步，上述导管带有排气管。这是因为向封闭容器内注入水，会因封闭容器内有空气而使封闭容器无法全部充满水。虽然本发明只要求缓冲回填材料完全浸入水中即可，但如果是在封闭容器完全充满水后，再开始测量，吸水量的测量会更加直观精确。除了在导管上加装排气管外，在封闭容器顶部加装排气阀门、或者加装抽真空装置等，都可以实现将封闭容器内空气排空的目的。为解决上述技术问题，本发明公开如下测量方法
一种缓冲回填材料膨胀力随吸水量变化关系的测量方法，测量步骤为
(1)将土压力传感器放置于上透水石下面中间位置的凹穴内，并用导线与应变仪连接，用环刀切取缓冲回填材料试样，在缓冲回填材料试样上、下面放置上、下透水石，用夹具通过上、下透水石夹持缓冲回填材料试样；
(2)将夹持有缓冲回填材料试样的夹具放入容器中，并将容器封闭；
(3)通过导管将量筒中的水加入到封闭容器中，开通应变仪；
(4)当试样全部浸没后，开始记录数据，每隔一段时间记录应变仪膨胀应力显示读数和量筒水位读数，直到应变仪读数保持不变，测量结束。本发明的有益效果是实现了缓冲回填材料膨胀应力随吸水量变化关系的测量，其操作简单方便，花费少。上述测量装置适用于测量各种以膨润土为主料的缓冲回填材料。
图I测量装置容器封闭式视图。附图标记1 一容器，2—夹具，3—透水石，4一环刀，5—缓冲回填材料试样，6—土压力传感器，7—量筒，8—导管，9一应变仪，10—导线，11 一时钟，12—观察窗，13—排气管。
具体实施例方式实施例I
用环刀4切好缓冲回填材料试样5，用导线10将土压力传感器6和应变仪9连接，将土压力传感器6放入上透水石3下面的凹穴，用上下透水石3夹持带有缓冲回填材料试样5的环刀4，上、下透水石3各完全覆盖环刀4上下环面，用夹具2夹持上、下透水石3，将夹具2放入封闭容器I内，夹具2可以与封闭容器I底部接触，也可以吊挂在封闭容器I内。导管8 一端连接量筒7，一端通入封闭容器I中，量筒7内盛有水。通过量筒7向封闭容器I内注入水，直至缓冲回填材料完全浸没于水中。测量开始后，量筒7的液面下降量，即为缓冲回填材料试样5的吸水量。通过量筒7向封闭容器I内注入水时，也可以在封闭容器I完全注满水之后再开始测量，封闭容器I内的空气通过导管8上的排气管13排出。实施例2
一种缓冲回填材料膨胀力随吸水量变化关系的测量方法，测量步骤为
(I)将土压力传感器6放置于上透水石3下面中间位置的凹穴内，并用导线10与应变仪9连接，用环刀4切取缓冲回填材料试样5，在缓冲回填材料试样5上、下面放置上、下透水石3，用夹具2通过上、下透水石3夹持缓冲回填材料试样5 ；
(2)将夹持有缓冲回填材料试样5的夹具2放入容器I中，并将容器I封闭；
(3)通过导管8将量筒7中的水加入到封闭容器I中，开通应变仪9；
(4)当试样5全部浸没后，开始记录应变仪9的膨胀应力显示值，每隔一段时间记录应变仪9膨胀应力显示读数和量筒7水位读数，直到应变仪9读数保持不变，测量结束。
权利要求
1.缓冲回填材料膨胀力随吸水量变化关系的测量装置，其特征为缓冲回填材料试样四周由环刀包围，缓冲回填材料试样上、下面分别放置有上透水石、下透水石，在上透水石下面中间位置开有凹穴，凹穴中装有土压力传感器，缓冲回填材料试样通过上、下透水石夹持在夹具中，土压力传感器上面与凹穴上面位于同一水平面，缓冲回填材料试样上面、环刀上环面、上透水石下面以及土压力传感器下面位于同一水平面，缓冲回填材料试样下面、环刀下环面以及下透水石上面位于同一水平面，夹持有缓冲回填材料试样的夹具位于封闭容器中，土压力传感器通过导线与封闭容器外的应变仪连通，在封闭容器外还装有带刻度的盛水量筒，通过导管与封闭容器连通。
2.一种如权利要求I所述的缓冲回填材料膨胀力随吸水量变化关系的测量装置，其特征为所述封闭容器外还具有时钟。
3.—种如权利要求I所述的缓冲回填材料膨胀力随吸水量变化关系的测量装置，其特征为所述封闭容器的侧面开有观察窗。
4.一种如权利要求I所述的缓冲回填材料膨胀力随吸水量变化关系的测量装置，其特征为所述导管带有排气管。
5.一种使用如权利要求I至4任一项所述的缓冲回填材料膨胀力随吸水量变化关系的测量装置的测量方法，其特征为测量步骤如下 (1)将土压力传感器放置于上透水石下面中间位置的凹穴内，并用导线与应变仪连接，用环刀切取缓冲回填材料试样，在缓冲回填材料试样上、下面放置上、下透水石，用夹具通过上、下透水石夹持缓冲回填材料试样； (2)将夹持有缓冲回填材料试样的夹具放入容器中，并将容器封闭； (3)通过导管将量筒中的水加入到封闭容器中，开通应变仪； (4)当试样全部浸没后，开始记录数据，每隔一段时间记录应变仪膨胀应力显示读数和量筒水位读数，直到应变仪读数保持不变，测量结束。
全文摘要
在高放废物深部地质处置的工程屏障体系中，缓冲回填材料是作为阻截放射性核素向地下水环境迁移的最主要包封设施。本发明涉及一种缓冲回填材料膨胀力随吸水量变化关系的测量装置及测量方法。缓冲回填材料试样四周由环刀包围，缓冲回填材料试样上、下面分别放置有上透水石、下透水石，在上透水石下面中间位置开有凹穴，凹穴中装有土压力传感器，缓冲回填材料试样通过上、下透水石夹持在夹具中，夹持有缓冲回填材料试样的夹具位于封闭容器中，土压力传感器通过导线与封闭容器外的应变仪连通，在封闭容器外还装有带刻度的盛水量筒，通过导管与封闭容器连通。
文档编号G01N33/00GK102735800SQ20121021537
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月27日 优先权日2012年6月27日
发明者周浪, 张明, 张虎元, 王锦芳 申请人:兰州大学
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