高放废物是一种放射性强、毒性大、核素半衰期长并且发热的特殊废物,高放废物的安全处置难度极大,目前普遍认可的处置方案是深地质处置法。埋藏高放废物的地下工程称为地质处置库,处置库一般采用“多重屏障体系”的概念模型进行设计。多重屏障体系中,缓冲回填材料是阻隔放射性核素向地下水环境迁移的最主要包封设施。关于缓冲回填材料的选择,我国已开展了二十多年的相关研究工作。研究发现,高庙子膨润土是理想的缓冲回填材料,这是因为其优越的吸附性能、膨胀性能、膨胀自愈性能以及极低的渗透性。为了进一步提高膨润土缓冲回填材料的热传导性能和可施工性,向膨润土中添加一定比例的石英砂形成膨润土-砂混合型缓冲回填材料,可以在不显著降低膨润土优越性能的前提下明显提高其热传导性能和可施工性。在国内,开发膨润土-砂混合型缓冲回填材料,是兰州大学的创新研究方向,也是世界高放废物地质处置领域的主流方向。混合型缓冲回填材料研究的根本目标,是确定最优掺砂率,使膨润土-砂混合物的的化学吸附性能、力学性能、防渗性能、膨胀自愈性能等尽最大可能地同时得到满足。本研究的具体目标是从抗剪强度角度出发,研究膨润土-砂混合物的抗剪强度与掺砂率的关系,为掺砂率优化奠定力学基础。本文选用内蒙古高庙子膨润土(GMZ001膨润土)为主料,按照重量0%-50%的比率添加石英砂,压实成干密度和含水率相同的平行试样,进行固结快剪试验。试验结果表明,在0%-50%的掺砂率范围内,随着掺砂率的增大,压实膨润土-砂混合物试样剪切应变特性由应变软化型向应变硬化型过渡,粘聚力及内摩擦角逐渐减小,即抗剪强度降低。提出粘土与砂颗粒之间的充填结构模型,通过统计类比分析,对控制膨润土-砂混合物抗剪强度的界限掺砂率进行了估计。引入有效粘土密度和有效含水率的概念,描述石英砂颗粒之间的粘土基质的物理状态。利用孔隙充填模型和粘土基质物理状态的概念,合理阐释了石英砂掺量对混合型缓冲材料抗剪强度的控制机理。