随着我国核工业的发展,高水平放射性核废料的处置正在成为一个紧迫而非常重要课题。深层地质处置被选作为我国高水平放射性核废料处置方法。鉴于膨润土优良的物理力学性质,内蒙古高庙子膨润土矿作为我国高水平射性核废物深地质处置库中缓冲/回填材料的首选供应原料。因核废料处置库的缓冲/回填材料要受到环境温度作用,因此有必要研究不同温度下高庙子膨润土的水力-力学特性。本文基于蒙脱石晶层间水化模型的原理,并利用滤纸法、热重分析、X射线衍射和膨胀变形试验等多种方法和手段,研究了高庙子钙基膨润土的物理属性和热-水-力特性,揭示高庙子钙基膨润土不同温度下的持水性及膨胀变形机理。具体研究内容和结论如下:1.滤纸法是一种间接测量非饱和土吸力的方法,具有量程范围大、快捷、廉价、操作简单等优点。目前已有研究人员在常温下研究了Whatman No.42和国产双圈203滤纸的率定曲线,而在高温高吸力下其率定曲线的研究尚少见。本文使用15种饱和盐溶液的蒸汽平衡法分别在20℃、40℃、60℃、80℃下测试了Whatman No.42和国产双圈203两种滤纸的总吸力与滤纸含水率关系,并给出其总吸力率定曲线方程。试验结果表明,两种滤纸的持水性均随着温度的升高而降低。本研究还用两种滤纸分别在20℃、40℃、60℃、80℃下测定高庙子钙基膨润土的土水特征曲线,试验结果显示用两种滤纸测得的该膨润土土水特征曲线相近,高庙子钙基膨润土随着温度的升高其持水性下降,并且发现尤其是温度超过60℃时,其土水特征曲线下降更明显,而在高吸力阶段温度对该膨润土的持水性影响不大。2.根据蒙脱石晶层间水化模型,建立了蒙脱石水化后的含水率计算公式,并认为蒙脱石发生第1层水化时的含水率即为残余含水率。用四种膨润土土水特征曲线试验数据,分析探讨了考虑不同初始干密度和同一初始干密度下不同温度环境对膨润土土水特征曲线的残余含水率影响。研究结果表明,膨润土的残余含水率与膨润土的比表面积、水膜厚度以及水膜密度成正比,而与膨润土的初始干密度和温度无关。通过实测和计算残余含水率比较,验证了本文给出残余含水率公式的合理性。3.根据蒙脱石晶层间水化模型,建立了采用脱气纯水作为溶剂的蒙脱石比重计算公式,该式表明蒙脱石比重与其比表面积和吸附水膜厚度有关。同时用X射线衍射仪测定了用乙二醇饱和不同初始含水率蒙脱石后的晶层间距,其晶层厚度大致相同。对标准砂和膨润土分别用煤油和脱气纯水两种溶剂进行了比重试验,通过实测与计算比重值的比较,得到膨润土的比重值与溶剂的种类有关的结论,以脱气纯水作为溶剂,比用煤油测得的膨润土比重要大,验证了蒙脱石比重计算公式的合理性。4.在不同温度下,对不同初始干密度的高庙子钙基膨润土进行了浸水膨胀变形和膨胀力试验,并饱和土样进行X射线衍射测试。试验结果表明:在同一温度下,不同初始干密度高庙子钙基膨润土吸湿饱和膨胀后,最终孔隙比与竖向应力的半对数成直线关系,且随着温度的升高,最终孔隙比逐渐减小,而温度对初始干密度比较大膨润土试样浸水饱和后的孔隙比影响不显著。同时根据X射线衍射仪测定的浸水饱和膨胀变形后试样的晶层间距,计算得到的理论含水率接近实测重力含水率。