如何处置核能应用带来的核废料,引起了各国政府的高度重视。因膨润土具有良好的膨胀性及低渗透性,成为了深层地质库首选的缓冲材料,膨润土缓冲层长期暴露在高温和地下水浸润的条件下,这是因为废物罐释放大量热量以及地质库深处的地热梯度所致。许多学者对膨润土受热后的水-力性能展开研究,发现蒙脱石伊利化的行为。然而,实际工程中低饱和度的膨润土缓冲层长期处于临界温度(105℃)和地下水作用,其长期水-力性能能否保持还未达成共识,故提出研究超临界温度下不同加热时间和不同湿度的膨润土的水力性能劣化机理,这具有重要的现实意义。膨润土是一种特殊性土,其中含少量伊利石、高岭石、沸石、石英等。通过现有基础及文献,模拟超临界温度作用历史,通过开展自由膨胀率、恒体积膨胀力-渗透系数和比表面积试验,研究膨润土在超临界温度作用下,其水-力性能随不同加热时间和不同湿度历时的演化规律,同时从微观角度揭示其水-力性能的劣化机制。主要研究内容与结论如下:1)利用马弗炉设置105℃加热粉状膨润土,加热至不同龄期后取出密封备用,制备相同干密度、相同初始含水量、不同龄期的静力压实试样,利用恒体积膨胀渗透仪开展膨胀力和渗透系数的试验,发现膨胀力随加热历史延长而减小,渗透系数随加热历时增长而增加。2)参照相关规范和文献,用不同加热龄期的粉状膨润土进行处理,开展自由膨胀率和比表面积的试验。结果表明,随着加热历时增长,膨润土自由膨胀率和比表面积都呈现先在15d迅速减少然后趋于恒定不变的趋势。研究发现,膨润土经过105℃长期加热后,表明其膨胀性能的自由膨胀率和恒体积膨胀力都减小,表明其隔离防渗性能的饱和渗透系数逐渐增大,表明其吸附性能的比表面积降低且幅度较小。3)借助X衍射、扫描电镜、傅里叶红外光谱、热重和激光粒度分析等试验,探究其宏观水-力特性随加热龄期的演变规律。结果显示,加热周期内,通过脱去离子水合水,钠、镁离子伴随水分蒸发而逃逸,同时,生成硅质氧化物胶结质,进而团聚膨润土颗粒形成大颗粒,影响膨润土的自愈能力。4)用加湿器配置不同含水量的膨润土,放置于高压反应釜加热膛内,设置105℃加热15d取出经处理后密封备用。开展不同湿度膨润土受超临界温度作用后的水-力性能变化规律研究。发现经过蒸汽作用后,膨润土自由膨胀率下降,膨胀力减小,渗透系数增加。膨润土缓冲层呈水蒸气态非饱和状态时,特别是含水量为15%时,受衰变热影响,膨胀性能衰变最严重,渗透系数最大,会加快核素的移动,弱化膨润土的自愈能力。5)选取不同含水量的膨润土试样,开展热重、X射线衍射试验,发现经过蒸汽作用的试样没有明显的结构变化,含水率变化过程中没有产生新的硅氧结合物。结合相关文献实验结果和扫描电镜试验可知含水率0%和含水率30%的膨润土颗粒聚集是因为物理聚集导致的,含水率15%的膨润土颗粒聚集不仅是因为颗粒的物理聚集导致的,其他原因还需进一步研究。