在高放核废物处置库中,膨润土/添加剂混合物是一种可选的缓冲回填材料。从时间角度来看,缓冲回填材料将先后经历压缩—膨胀—再压缩—回弹等一系列体变过程;对空间位置而言,位于处置库不同位置的缓冲回填材料所处的边界条件不同;从材料范畴分析,缓冲回填材料也有石英砂、石墨、花岗岩粉末等多种添加剂可供选用。因此,掌握多个过程、多类材料和多种边界条件下膨润土/添加剂混合物的水-力耦合特性对处置库的安全评价和缓冲回填材料的性能优化具有重要意义。本文具体工作内容与主要结论如下:(1)针对不同石英砂掺量(0、10%、20%、30%、40%、50%)的钙基膨润土/石英砂混合物开展了单轴侧限压缩、有荷膨胀及饱和再压缩试验,获得了混合物在不同试验过程中的水-力耦合特性。结果表明:混合物的压缩特性受砂掺量、饱和状态、密实度等因素的影响非常明显。在非饱和及密实度较低(ρd<1.7g/cm3)的条件下,压缩指数随砂掺量的增加近似线性减小,而在饱和及密实度较高(ρd>1.7g/cm3)时,压缩指数与砂掺量无明显关系,其值远小于非饱和及低密实度状态。混合物的膨胀过程具有阶段性特征,膨胀指标随砂掺量的增加而减小,随有效膨润土干密度的增加呈指数增加。当砂掺量达到40%时,膨胀过程伴随有体积回落现象,且体积回落率随砂掺量的增加而加剧。混合物呈现的体变差异性与膨润土和砂在试样中的分布状态及二者对土体骨架的主导作用有关,砂掺量越高、试样密实度越大,则砂对体变的主导作用越强。(2)针对不同添加剂掺量(0、10%。、20%、30%、40%、50%)的钠基膨润土/石英砂和钠基膨润土/花岗岩粉末混合物开展了一系列固结试验,包括初始压缩、有荷膨胀、加载再压缩和卸载回弹连续的四部分试验,获得了两种混合物在不同水-力路径下的变形特征,着重分析了材料类型对混合物水-力特性的影响。结果表明:混合物的压缩特性不仅与土体饱和状态、密实度和添加剂掺量有关,而且受添加剂类型影响显著;膨润土/花岗岩混合物比膨润土/石英砂混合物具备更高的压缩性;膨胀指标与膨润土有效干密度间的定量关系不只取决于膨润土类型,还与添加剂的种类有关;膨润土有效干密度相等时,膨润土/花岗岩混合物的膨胀力更高;力学效应和物理-化学效应是回弹特性的主导机制,回弹特性受初始状态、添加剂掺量和类型的影响非常显著;膨胀指数随添加剂掺量的增加呈线性增加,其中,膨润土/花岗岩混合物的膨胀指数比膨润土/石英砂更高;膨润土类型对混合物的水-力特性也有重要影响,钠基土的最终膨胀力高于钙基土,而钙基土比钠基土更易于压缩。(3)针对不同干密度(].5g/cm3、1.6g/cm3和1.7g/cm3)的高庙子钠基膨润土开展了不同边界条件(恒应力、恒体积和等刚度柔性边界)、不同初始荷载(25 kPa、100 kPa和400 kPa)和不同试验路径(恒应力-恒体积和恒体积-恒应力)下的膨胀试验,获得了钠基膨润土的膨胀平衡曲线,并研究了初始状态和试验路径对膨胀平衡曲线的影响。结果表明:边界条件是影响膨胀指标的重要因素,三种边界条件对应最终膨胀力的关系为:恒体积>柔性边界>恒应力,而对应最终膨胀率的关系为:恒应力>柔性边界>恒体积。初始条件对膨胀平衡曲线具有重要影响,改变初始干密度或荷载将使曲线的位置发生水平或垂直移动,并且干密度对曲线形状的影响更加显著。试验路径对膨胀指标的测定具有一定影响,采用恒应力-恒体积和恒体积-恒应力的变边界条件测得的膨胀指标略高于初始膨胀平衡曲线,最终膨胀指标的大小主要取决于前期的边界条件。(4)针对现有土工试验仪器存在的不足,设计开发了一套多边界条件膨胀仪。该仪器能充分模拟处置库中缓冲回填材料所于不同位置和阶段的边界条件,能在试验过程中实现不同边界条件的随意切换,为研究复杂边界条件下缓冲回填材料的水-力耦合特性提供了良好的平台。在此基础上,提出了基于该仪器的多边界条件、多试验路径下典型的膨胀试验方法。