一种用于缓冲材料多场耦合试验台架装置的制作方法

本发明属于高放废物地质处置缓冲/回填材料技术领域，具体涉及一种用于缓冲材料多场耦合试验台架装置。

背景技术：

高放废物是一种含有放射性强、核素半衰期长、毒性大、发热量大的特殊废物，需要与人类生活环境长期可靠的隔离。高放废物的安全处置是关系到国土环境、公众安全和核工业健康、可持续发展的重大问题，也是核工业活动必不可少的重要环节，必须对高放废物的处置问题进行研究并加以妥善解决。现有技术中高放废物地质处置可以采用多重屏障体系的方式进行处置，缓冲材料作为处置库多重屏障体系中重要的组成部分，是填充在废物罐和地质体之间的最后一道人工屏障，起着工程屏障、水力学屏障、化学屏障、传导和散失放射性废物衰变热等重要作用，是地质处置库安全运行的有效保障。

在高放废物深地质处置库中的长期运营过程中，由于高放废物衰变释放热量、处置库围岩中的地下水向库内迁移渗透、废物罐核素向外迁移、地壳应力以及缓冲材料吸水膨胀所产生的力等共同作用，缓冲材料在热量、地下水和地应力等作用下将产生非常复杂的“热-水-力-化学”耦合现象。针对处置库中的多场耦合问题，为了确保隔离屏障缓冲材料的长期安全性，必须对这个体系主要的现象进行科学的模拟试验，而建造缓冲材料多场耦合大型试验台架进行模拟试验和开展地下实验室现场试验，是探索模拟处置库条件下缓冲材料的热-水-力-化学耦合特性，建立缓冲材料长期性能评价方法的有效手段，可以直观了解和掌握缓冲材料在长期多场耦合作用下的行为特征。

在缓冲材料多场耦合大型试验台架和地下实验室现场试验中，一般使用金属加热器代替废物罐，模拟高放废物的衰变热；使用高压水流模拟地下水渗流，使缓冲材料由外到内逐步饱和。由于大型试验台架和地下实验室现场试验结构系统复杂严密、试验耗时长、边界条件难以精确控制，且运行过程中不能轻易拆卸以免破坏多场耦合环境，使后期试验难以长期进行。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中大型试验台架和地下实验室现场试验结构系统复杂严密、试验耗时长、边界条件难以精确控制，且运行过程中不能轻易拆卸以免破坏多场耦合环境，后期试验难以长期进行的技术问题，提供一种缓冲材料多场耦合试验台架装置，该装置操作方便，能够模拟在高放废物地质处置库局部环境条件下，保证缓冲材料多场耦合实验台架高效组装和顺利运行。

本发明采用了如下技术方案：

一种用于缓冲材料多场耦合试验台架装置，该装置包括顶盖、试验腔体、底部小车、加热系统、压实缓冲材料、传感器、进水管道、渗水板，底部小车上设有加热系统，加热系统上设有试验腔体，试验腔体内设有压实缓冲材料，且试验腔体内壁与压实缓冲材料之间留有间隙；压实缓冲材料内设有传感器，试验腔体上设有将传感器的导线从其内部引出的顶盖；渗水板嵌在顶盖底部内，顶盖开有与渗水板相通的进水管道。

一种用于缓冲材料多场耦合试验台架装置，所述的加热系统顶部设有凹槽，试验腔体的下部内层为聚四氟乙烯，聚四氟乙烯底部嵌在加热系统凹槽内。

一种用于缓冲材料多场耦合试验台架装置，所述的聚四氟乙烯和加热系统的外层包裹不锈钢桶。

一种用于缓冲材料多场耦合试验台架装置，所述的不锈钢桶的外层包裹保温桶。

一种用于缓冲材料多场耦合试验台架装置，所述的顶盖沿周向均匀间隔若干个通孔，每个通孔内各嵌有一个用于引出传感器导线的出线通道。

一种用于缓冲材料多场耦合试验台架装置，所述的出线通道内开有用于引出传感器导线的若干个出线孔。

一种用于缓冲材料多场耦合试验台架装置，所述的若干个出线孔的连线呈一字型，且若干个出线孔的连线与顶盖的径向方向垂直。

一种用于缓冲材料多场耦合试验台架装置，所述的渗水板上开若干个有用于引出传感器导线的若干个月牙豁口。

一种用于缓冲材料多场耦合试验台架装置，所述的包括顶盖之间通过六角螺栓与试验腔体连接。

一种用于缓冲材料多场耦合试验台架装置，所述的渗水板与顶盖之间通过螺栓连接。

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种用于缓冲材料多场耦合试验台架装置，能够模拟在高放废物地质处置库局部环境条件下，即在相反方向同时加热和加水条件下，研究热量和水分别从缓冲材料的不同侧向另外一侧传递和渗透的行为特征，更好的了解缓冲材料在模拟处置库局部环境下的行为发展趋势，是缓冲材料原位试验和大型台架试验的重要补充，为缓冲材料长期试验研究提供基础参数；

本发明提供的一种用于缓冲材料多场耦合试验台架装置，安装操作方便，加热和加水在可控条件下进行，保证缓冲材料多场耦合实验台架高效组装和顺利运行，在实验过程中可定期拆卸，采集缓冲材料实验样品并对其进行分析测试；

本发明提供的一种用于缓冲材料多场耦合试验台架装置，能够最大程度上模拟处置库局部环境，获得科学合理的试验数据，有效地揭示在多场耦合条件下缓冲材料的行为及变化规律。

附图说明

图1为本发明所提供的一种用于缓冲材料多场耦合试验台架装置的结构示意图；

图2为本发明所提供的试验台架的顶盖装置的结构示意图；

图3为本发明所提供的渗水板及其与顶盖连接的结构示意图；

图4为本发明所提供的渗水板平面的结构示意图。

图中：1-顶盖、2-试验腔体、3-聚四氟乙烯、4-保温桶、5-底部小车、6-加热系统、7-压实缓冲材料、8-不锈钢桶、9-传感器、10-六角螺栓、11-出线通道、12-进水管道、13-渗水板、14-螺栓、15-出线孔、16-豁口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所提供的一种用于缓冲材料多场耦合试验台架装置作进一步说明。

如图1所示，加热系统6底部与底部小车5通过螺栓拧固连接，加热系统6顶部开有凹槽；试验腔体2的下部为聚四氟乙烯3，聚四氟乙烯3底部嵌在加热系统6凹槽内；聚四氟乙烯3和加热系统6的外层包裹不锈钢桶8，不锈钢桶8的外层包裹保温桶4；压实缓冲材料7填充在试验腔体2的内部，压实缓冲材料7的内部埋设有传感器9，传感器9的导线从顶盖1上的出线通道11引出。如图1、图2、图3和图4所示，顶盖1通过12个六角螺栓10和密封圈与试验腔体2顶部固定连接，顶盖1沿周向均匀间隔开有四个通孔，每个通孔内各嵌有一个出线通道11，顶盖1中心开有一个进水管道12，进水管道12与渗水板13相通，渗水板13内嵌于顶盖1底部并通过四个不锈钢螺栓14与顶盖1紧固连接，渗水板13周向边缘处均匀间隔开有四个月牙豁口16。

所述试验腔体2用于模拟处置库的围岩；加热系统6用于代替废物罐，模拟高放废物衰变热；进水管道12和渗水板13作为进水系统模拟地下水渗流，整个试验台架装置模拟高放废物地质处置库局部环境下缓冲材料的行为特征变化。

所述四氟乙烯材质3防止加热系统6产生侧向热量传导，造成试验误差；所述不锈钢桶8限制压实缓冲材料7的膨胀变形。所述保温桶4内衬有保温泡沫，能够减少试验过程中加热器和缓冲材料与周围环境之间的热交换，以免影响试验过程；所述压实缓冲材料7在相反方向同时加热和加水条件下的行为特征可以通过传感器9实时监测获得，所述试验腔体2坐落于加热系统6的凹槽内，在加热系统6损坏时，可将整个试验台架吊起，方便更换维修。

所述顶盖1采用高强度耐腐蚀不锈钢材质，所述顶盖1与试验腔体2密封连接，限制试验腔体内缓冲材料7的变形。

所述试验腔体2内壁与压实缓冲材料7之间的安装缝隙有限，传感器9的导线必须紧贴压实缓冲材料7的外缘从出线通道11的出线孔15引出，每个出线通道11内均匀间隔开有四个出线孔15，四个出线孔15的连线呈一字型，且四个出线孔15的连线与顶盖1的径向方向垂直。

所述渗水板13由多层不锈钢烧结网叠加组成，可使高压水流形成均匀渗流状态，防止高压水流直接冲刷缓冲材料，影响试验结果；出线通道11的下部与压实缓冲材料7有所重叠，渗水板13的直径略小于压实缓冲材料7的直径，且在渗水板13上开有月牙豁口16避开密封塞，传感器9的导线经过月牙豁口16从出线通道11的出线孔15引出，月牙豁口16能够避免影响传感器9导线的引出。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。