考虑侧壁摩阻的围岩裂隙中膨润土-砂混合物侵入过程及其模型

高放废物处置库建设与运营期间,作为缓冲/回填材料的高压实膨润土-砂混合物侵入裂隙,在降低围岩渗透性的同时,会引起膨润土的流失与可能的核素外泄,危及处置库的运营安全.针对膨润土-砂混合物侵入围岩裂隙问题,开发试验装置,开展不同裂隙宽度(0.1,0.3,0.5,1.0 mm)情况下,不同含砂率(0％,15％和30％)的膨润土-砂混合试样(石英砂粒径为0.075～0.1 mm)的裂隙侵入试验;利用预先设置的高精度数字相机,定时拍摄膨润土混合物侵入过程,再借助ImageJ图像处理软件,获取侵入距离以及附属(石英、长石与方石英等)与非附属矿物(蒙脱石等)环宽度等参数;基于入侵过程中膨胀力与裂隙侧壁摩阻力发展过程分析,构建并验证考虑侧壁摩阻的围岩裂隙膨润土侵入模型.结果表明:静水条件下,裂隙中膨润土的侵入距离、非附属与附属矿物环宽度等均随裂隙大小的增大显著增大,随含砂率增大明显减小;侵入达到平衡(稳定)后,挤出口处膨润土干密度随裂隙宽度的增大而减小,但随试样含砂率的增大而增大;附属矿物环区的摩擦系数明显大于非附属矿物环区的摩擦系数,即附属矿物环对膨润土侵入过程具有更强的抑制作用;考虑侧壁摩阻的膨润土侵入模型计算值能够较好地模拟实测值.侵入试验与模型研究可为实际处置库中膨润土的侵入行为预测提供依据.