【摘 要】
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膨润土是以蒙脱石为主的非金属矿,具有良好的吸水膨胀性、自愈合性、核素吸附性及较低的渗透性,被世界上各有核国家选作为高放废物处置库的缓冲回填材料。膨润土屏障以非饱和的形式填充于金属废物罐与围岩地质体之间,主要作用是吸收地下水体积膨胀堵塞围岩与金属废物罐之间的孔隙,阻止核素泄露。膨润土吸收地下水的过程伴随发生复杂的物理化学反应,使得部分膨润土改性,生成渗透性较大、膨胀性较低、核素阻滞性较弱及自愈合性能
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膨润土是以蒙脱石为主的非金属矿,具有良好的吸水膨胀性、自愈合性、核素吸附性及较低的渗透性,被世界上各有核国家选作为高放废物处置库的缓冲回填材料。膨润土屏障以非饱和的形式填充于金属废物罐与围岩地质体之间,主要作用是吸收地下水体积膨胀堵塞围岩与金属废物罐之间的孔隙,阻止核素泄露。膨润土吸收地下水的过程伴随发生复杂的物理化学反应,使得部分膨润土改性,生成渗透性较大、膨胀性较低、核素阻滞性较弱及自愈合性能较低的钙、镁基膨润土,威胁处置库的安全运行。因此,研究盐溶液在膨润土压实块中的运移是高放废物处置工作亟待解决的问题。本文以我国高放废物处置库的首选缓冲材料-内蒙古高庙子地区的钠基膨润土为研究对象,利用自制的径向恒体积渗透装置,细致研究了不同饱和状态,不同干密度的膨润土试样对Ca Cl2溶液运移及离子扩散的影响,并运用COMSOL软件模拟了Ca Cl2溶液在GMZ膨润土中运移及离子扩散过程,主要研究内容及研究成果如下:（1）测定了内蒙古高庙子膨润土试样的干密度及溶液类型对渗透系数的影响;结果表明膨润土试样在去离子水中的渗透系数低于盐溶液中的渗透系数;干密度为1.3 g·cm-3、1.5 g·cm-3及1.7 g·cm-3的膨润土试样在Ca Cl2溶液中的渗透系数分别为1.49E-9 m/s、6.8E-10 m/s及2.17E-10 m/s,去离子水中的渗透系数分别为3.79E-10 m/s、1.89E-10 m/s及2.05E-11 m/s。（2）开展了Ca Cl2溶液在不同饱和度和干密度膨润土试样中的运移试验,探究了Ca Cl2溶液在膨润土试样中的运移量与试样的干密度及饱和度的关系,膨润土试样含水率与溶液运移距离之间呈现幂函数的关系;分析了Ca Cl2溶液在膨润土中的运移机理,基于Richards微分方程及水分运移的初始边界条件,研究了运移时间为8d和32d的溶液运移系数,总结出溶液运移系数是运移时间的函数。（3）开展了膨润土对Ca Cl2溶液吸附性的研究,结果表明膨润土对Ca Cl2溶液的吸附符合线性等温吸附模型;阻滞系数随着试样干密度的增加而增加,随着饱和度的增加而减小。（4）研究了膨润土试样的干密度及饱和度对Ca2+扩散的影响,Ca2+扩散试验表明随试样干密度及饱水度的增加,Ca2+扩散能力减弱;Ca2+扩散符合菲克第二定律,基于菲克第二定律及离子扩散的初始边界条件,研究了运移时间为8d和32d的离子扩散系数,对比发现扩散系数是扩散时间的函数。（5）运用COMSOL Multiphysics软件模拟了Ca Cl2溶液在钠基膨润土试样中的运移及离子扩散与时间的关系,预测了Ca Cl2溶液在膨润土中的长期运移扩散。
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