温度作用下含施工接缝膨润土膨胀性能研究 English Version
Effect of temperature on swelling behaviors of compacted bentonite in an annular technological void
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摘要: 为探究温度作用下含施工接缝膨润土膨胀性能及其微观结构演化特征，在不同温度下对环形施工接缝存在条件下的压实膨润土进行膨胀力试验，待施工接缝封闭后分别开展含水量、干密度和孔隙结构测试，分析膨润土宏观膨胀性能与微观结构演化间的联系。研究结果表明：膨胀力时程曲线呈现先增加至峰值随后跌落最终逐渐稳定的单峰型。由结合水膜增厚、层叠体裂解、孔隙坍塌和扩散双层增厚所形成的“楔”力动态平衡，主导了膨润土从竖向侧限到恒体积的受力状态演化。施工接缝封闭后，从样品内部到外部含水量梯度增加和干密度梯度降低的规律在高温下被增强。随温度增加的蒙脱石膨胀系数和水分子扩散系数，增强了蒙脱石水化膨胀行为，更多的集合体间孔隙被膨胀后的蒙脱石占据。较高温度下大量水分子进入蒙脱石层间，诱发了更高程度的水化反应、层叠体裂解和孔隙坍塌，从而降低了总孔隙比，增强了膨润土膨胀性能。研究成果可为分析屏障材料热-水-力耦合行为提供科学依据，为处置库膨润土工程屏障的设计和建造提供有益参考。Abstract: To investigate the swelling behavior of compacted bentonite with a technological void and its microstructure evolution under the influence of different temperature, swelling pressure test was conducted on compacted bentonite in a annular technological void at different temperatures. After the closing of technological void, water content, dry density and microstructures was determined respectively. Results shows that the swelling pressure time-history curves shows a single-peak type that first increases to the peak and then falls down and eventually stabilizes. The dynamic equilibrium of the “wedge” force, formed by the thickening of bound water film, laminar cleavage, pore collapse and diffusion double layers thickening, dominates the evolution of the force state of bentonite from the vertical lateral limit to the constant volume. The law of increasing water content and decreasing dry density from the interior to the exterior was enhanced at high temperatures. The increase in montmorillonite expansive coefficient and water molecule diffusive coefficient with temperature enhanced the hydration and swelling behavior, and more inter-assemblage pores were occupied by the swollen montmorillonite. The entry of more water molecules into the montmorillonite interlayers at higher temperatures induced a higher degree of hydration reaction, lamellar cleavage, and pore collapse, which reduced the total void ratio and enhanced the swelling properties of bentonite. The research results can provide a scientific basis for analyzing the thermal-hydro-force coupling behavior of barrier materials, and provide a useful reference for the design and construction of bentonite engineering barriers in deep geological disposal reservoirs in China.
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Keywords:
- compacted bentonite /
- temperature /
- technological void /
- swelling pressure /
- pore structure /
- hydration expansion
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