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绪论1

0.1 工程背景与意义1

0.2 高放废物地质处置发展概况3

0.3 国外缓冲／回填材料研究概况5

0.3.1 试验仪器研制6

0.3.2 主要工程特性试验研究8

0.3.3 本构模型研究10

0.3.4 热-水-力多场耦合研究12

0.4 国内缓冲／回填材料研究概况16

0.5 本书主要内容17

第1章 高吸力下缓冲／回填材料持水曲线的温度效应及其吸附热力学模型19

1.1 水蒸气平衡技术的误差分析20

1.2 试样制备与试验方案24

1.3 试验结果分析26

1.4 持水曲线温度效应理论模型及应用30

1.4.1 基于吸附热力学的高吸力段持水曲线的温度效应模型30

1.4.2 模型验证33

1.4.3 与已有温度效应模型的对比分析及其在低吸力段的应用37

1.5 考虑温度效应的混合料的持水特性40

1.5.1 试验概况40

1.5.2 试验结果分析44

1.5.3 考虑温度和含砂率影响的缓冲材料的持水模型47

1.5.4 模型的验证49

1.6 本章小结50

第2章 考虑Klinkenberg效应的缓冲／回填材料的渗气特性51

2.1 考虑Klinkenberg效应的渗气系数计算原理52

2.2 试验方法与试验方案54

2.3 试验结果与分析56

2.3.1 初始应力对渗气特性的影响56

2.3.2 气压力对渗气系数的影响与Klinkenberg效应60

2.3.3 Klinkenberg渗气系数与体积含气率之间的关系65

2.3.4 固有渗透系数与相对渗透系数67

2.4 本章小结70

第3章 缓冲／回填材料在单向压缩及加卸载循环中的变形特性72

3.1 仪器构造与功能72

3.2 仪器标定77

3.2.1 荷重传感器的温度影响标定77

3.2.2 LVDT的温度影响标定79

3.2.3 不同温度下湿度传感器的标定81

3.2.4 气体循环条件下的吸力控制值标定83

3.2.5 固结室轴向密封摩擦力的标定86

3.2.6 仪器自身变形的标定88

3.3 试验方案89

3.4 试验结果分析90

3.4.1 控制温度与吸力的加卸载循环试验结果分析90

3.4.2 不同温度下的膨胀变形试验结果分析92

3.5 膨润土的胀缩变形特性及其影响因素研究95

3.5.1 试样制备与试验方案95

3.5.2 干密度、竖向压力、浸泡液体及吸湿方式对膨胀变形的影响96

3.5.3 调整浸泡液体引起的渗析变形97

3.5.4 膨润土在常温环境下加卸载循环中的变形规律98

3.6 本章小结103

第4章 缓冲／回填材料的三向膨胀力特性105

4.1 膨润土的三向膨胀力特性105

4.1.1 仪器简介与试样制备105

4.1.2 三向膨胀力与试样初始状态的关系109

4.1.3 竖向膨胀力与水平膨胀力之间的关系111

4.1.4 膨胀力随时间变化规律113

4.1.5 最终平衡时间118

4.1.6 关于膨胀力来源的讨论119

4.1.7 关于膨胀力时程曲线特征的几点说明120

4.1.8 本节小结121

4.2 膨润土-石英砂混合料的三向膨胀力特性121

4.2.1 试验概况122

4.2.2 试验结果分析124

4.2.3 三向膨胀力的模型127

4.2.4 模型的应用129

4.2.5 讨论129

4.2.6 本节小结131

第5章 混合缓冲／回填材料在常温下的强度与应力-应变特性133

5.1 试验概况133

5.1.1 使用符号说明133

5.1.2 试验仪器及改进134

5.1.3 仪器标定135

5.1.4 剪切速率选择136

5.1.5 试样制备与试验方案137

5.2 三轴剪切试验结果分析138

5.2.1 应力-应变关系分析138

5.2.2 体应变与轴向应变之间关系141

5.2.3 试样破坏形式143

5.2.4 破坏应力分析144

5.3 膨润土-砂混合料力学参数分析146

5.3.1 强度指标146

5.3.2 杨氏模量149

5.3.3 破坏比151

5.3.4 泊松比152

5.4 本章小结154

第6章 考虑温度影响的缓冲／回填材料的强度特性与应力-应变特性156

6.1 缓冲／回填材料高温-高压-高吸力三轴仪简介156

6.2 膨润土的温控三轴试验与成果分析157

6.2.1 试验方案157

6.2.2 应力-应变曲线与强度分析157

6.3 混合缓冲材料的温控三轴试验与成果分析171

6.4 本章小结186

第7章 缓冲／回填材料的热-水-力多场耦合模型187

7.1 基本假设188

7.2 场方程188

7.2.1 质量守恒方程188

7.2.2 动量守恒方程189

7.2.3 能量守恒方程189

7.3 热力学平衡限制条件与本构方程190

7.3.1 热力学平衡限制条件190

7.3.2 密度本构方程191

7.3.3 内能本构方程192

7.3.4 热流密度与内热源本构方程192

7.3.5 扩散阻力本构方程与渗透定律193

7.3.6 变形与饱和度本构方程196

7.4 增量形式的控制方程198

7.5 本章小结202

第8章 缓冲／回填材料的热水-力多场耦合模型的数值求解、验证分析及应用203

8.1 轴对称条件下缓冲／回填材料的热-水-力多场耦合模型的数值求解203

8.1.1 热-水-力多场耦合模型的等效积分“弱”形式203

8.1.2 轴对称条件下空间域与时间域上的有限元离散208

8.1.3 缓冲／回填材料的热-水-力多场耦合计算程序THMCA216

8.2 模型验证218

8.2.1 西班牙FEBEX Mock-up试验简介218

8.2.2 FEBEX Mock-up试验的计算模型219

8.2.3 温度场计算结果224

8.2.4 水分场计算结果227

8.2.5 应力场计算结果231

8.2.6 气压力场计算结果235

8.3 讨论235

8.3.1 关于温度场变化的讨论235

8.3.2 关于水分场变化的讨论239

8.3.3 关于气压力场变化影响的讨论245

8.4 地质库混合缓冲材料的热-水-力耦合性状分析250

8.4.1 研究对象与计算参数250

8.4.2 含砂率对缓冲材料热-水-力耦合性状的影响253

8.5 本章小结255

第9章 主要创新成果及各章图表公式试验数量统计257

9.1 本书的主要创新成果257

9.2 本书各章的图表公式试验数量统计259

参考文献260