《非飽和高廟子膨潤土的水力-力學耦合特性及彈塑性模擬》是依託上海大學，由孫文靜擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：非飽和高廟子膨潤土的水力-力學耦合特性及彈塑性模擬
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫文靜
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
高放廢物深層地質處置工程亟需解決工程屏障材料在不排水狀態、超固結狀態或乾濕循環狀態下的水力、力學及兩者間耦合特性的預測問題。本項目計畫對高壓實非飽和高廟子膨潤土及其與砂混合物進行室內試驗，分別研究膨潤土及其與砂混合物在不排水狀態下孔隙比、飽和度和吸力的變化規律，在超固結狀態下的變形、強度和水力特性，以及在乾濕循環狀態下的膨脹力和變形的變化規律及水力-力學耦合特性。在系統地研究膨潤土及其與砂混合物水力、力學及兩者間耦合特性的基礎上，考慮飽和度對應力應變關係的影響及變形對土水特性的影響，對申請人等用巨觀方法初步建立的膨脹性非飽和土水力-力學耦合彈塑性模型進行改進，用簡單的單元試驗獲得模型參數，使模型能夠分別預測排水/不排水狀態、超固結狀態及乾濕循環狀態下膨脹性非飽和土的強度、變形和水力-力學耦合特性。研究成果將為我國高放廢物深層地質處置工程及其它與膨脹性非飽和土有關的工程提供有價值的參考。
結題摘要
高放廢物深層地質處置工程和垃圾填埋場工程中亟需研究膨潤土摻砂混合物的滲透特性、浸水膨脹特性及水力－力學耦合特性，並對其進行預測。 本項目對高壓實非飽和高廟子膨潤土及其與砂混合物進行室內試驗，研究了膨潤土及其與砂混合物的水力特性、力學特性及水力－力學耦合特性，具體包括：對飽和試樣進行了壓縮試驗，研究其飽和狀態下的變形特性和滲透特性；對非飽和試樣進行了膨脹變形、膨脹力以及濕化壓縮試驗，研究摻砂膨潤土的膨脹特性；對非飽和及飽和試樣進行了直剪快剪試驗及含水率不變的等向三軸壓縮剪下試驗，研究在不排水狀態下試樣的應力－應變關係及孔壓的變化規律；用蒸汽平衡法量測了膨潤土壓實試樣在不同飽和鹽溶液密封容器中的吸力，得到了相同壓實樣脫濕和吸濕過程的土水特徵曲線，分析了高吸力下初始乾密度、應力路徑、孔隙結構、吸力路徑、乾濕循環及孔隙比對膨潤土土水特性及水力－力學耦合特性的影響，同時，由飽和度與孔隙比的線性關係，得到由孔隙比變化引起的飽和度變化量，即而可由常規試驗測得的不同孔隙比下的土水特性得到常孔隙比下的土水特徵曲線。 在系統地研究了膨潤土及其與砂混合物的水力特性和力學特性的基礎上，引入蒙脫石孔隙比、砂骨架孔隙比、起偏應力及臨界摻砂率的概念，提出了一個可以統一預測膨脹量及飽和滲透係數的模型，該模型改進了以往僅能預測低摻砂率膨潤土混合物浸水膨脹量的預測模型，將其適用範圍擴展至整個摻砂率範圍，在不添加任何參數的情況下，通過摻砂率與應力分配比例係數間的關係得到試樣中蒙脫石與砂顆粒骨架分別承擔的豎向荷載，進而可以預測不同摻砂率下膨潤土混合物由非飽和狀態經浸水達到最終飽和狀態的膨脹量，同時，由飽和滲透係數與蒙脫石孔隙比間的線性關係可以定量的計算給定初始乾密度下不同摻砂率膨潤土與砂混合物對應的飽和滲透係數。通過對比不同摻砂率混合物的膨脹試驗、滲透試驗結果與預測結果，證實了該預測方法的正確性。 研究成果將為我國高放廢物深層地質處置工程、城市垃圾衛生填埋場工程及其它與膨脹性非飽和土有關的工程提供科學依據。
