本发明属于高放废物地质处置缓冲材料多场耦合性能试验研究领域，具体涉及一种缓冲材料热-水-力耦合性能试验台架的试验方法。
背景技术：
深地质处置被国际上公认为处置高放废物最有效可行的方法。膨润土由于具有极低的渗透性和优良的核素吸附等性能，已被国际上多个国家选作缓冲材料。我国高放废物地质处置采用多重屏障(地质介质属于天然屏障，废物体、包装容器和缓冲回填材料等属于工程屏障)深地质处置的方式进行处置。缓冲材料作为处置库中多重屏障系统的重要组成部分，是填充在废物罐和地质体之间的一道重要的人工屏障，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，是地质处置库安全性和稳定性的有效保障。所以，缓冲材料的选择及其特性研究和性能评价显得尤为重要。
在高放废物地质处置库运行和关闭后，由于高放废物释热、地下水入侵和地应力等因素，缓冲材料长期处于温度场、渗流场和应力场相互耦合作用下，属于典型的热-水-力-化学多场耦合环境条件。为了确保缓冲材料的长期安全性，必须对这个体系的主要现象进行科学的模拟试验与数值分析。而缓冲材料热-水-力-化学耦合性能试验台架(Mock-up)可以克服空间和时间上的限制，在可控边界条件和加载条件下开展缓冲材料多场耦合性能试验最基本的验证试验。因此，建立一种缓冲材料热-水-力-化学耦合性能试验台架的试验方法，掌握模拟处置库条件下高压实膨润土的热-水-力-化学耦合特性，可以为缓冲材料原位试验和处置库建设提供可靠的试验依据和工程参数。
技术实现要素：
本发明的目的是，针对现有技术不足，提供一种获得缓冲材料高压实膨润土的热-水-力-化学多场耦合特性参数，为高放废物深地质处置库和工程屏障设计和建造提供参数依据的一种缓冲材料热-水-力-化学耦合性能试验台架的试验方法。
本发明的技术方案是：
一种缓冲材料热-水-力-化学耦合性能试验台架的试验方法，包括以下步骤：
步骤一，试验准备；
(1.1)试验采用的压实膨润土块应选择表面平整、无裂纹、无缺角的完整均匀块体；
(1.2)根据传感器的形状和设计位置，采用刻刀、直尺和台钻等工具对压实膨润土块体进行加工，保证传感器的顺利安装；
(1.3)将加工好的土块上下表面打磨，去除表层污垢，对其进行编号称量后，放入密封袋中备用，并取余土测定试样的含水量；
(1.4)对供水系统、传感器、气体测量和收集系统等进行标定，保证其在试验中的准确性，使其满足试验要求；
(1.5)采用去离子水对试验腔体内壁和渗流系统进行清洗，并对试验腔体进行量测，计算其容积；
步骤二，试验安装调试；
(2.1)对试验腔体系统进行精确定位，按照设计图纸进行压实膨润土块体和传感器的摆放安装；
(2.2)每个土块在进入腔体之前，均要再次称重记录；每安装一层，均要进行平整度测量，并实时调整土块位置，保证其水平布置；
(2.3)试验腔体和压实膨润土块中的所有缝隙均采用膨润土破碎颗粒或粉末填充，并记录其位置、质量等相关信息；
(2.4)加热器安装到位后，将传感器导线按出线孔位置归纳整理，确保无误后，放置腔体顶盖，并对传感器的出线孔进行封堵，保证腔体的密封性；
(2.5)将渗流系统、试验腔体、气体测量和收集系统按顺序连接各个管路，确保各连接处无漏气和漏水现象；将加热及温控系统、传感器、实时数据采集系统和实时监控系统连接，完成试验台架的组装；
步骤三，试验运行；
(3.1)开启实时数据采集系统和实时监控系统，对试验台架进行试运行，并观察记录其运行状态，实时进行调整，保证其正常运行；
(3.2)试验台架平稳运行一定时间后，开始正式运行，将氩气瓶设置为0.01MPa，待压力值稳定后，开启渗流系统；
(3.3)试验初期运行阶段，渗流系统设置成人工模式。通过流量计将进水速率设置为100g/day，根据膨润土中的温湿度和应力变化情况，实时调整进水压力和进水速率，最终将渗流系统设置成恒定压力自动进水状态；
(3.4)根据试验进程，开启加热及温控控制系统，按试验运行要求开启加热模式，试验温度从室温至最终的90℃长期稳定运行；
(3.5)对实时数据采集系统的试验数据及时进行归纳整理分析，并根据试验结果实时调整运行状态，保证其长期稳定运行；
(3.6)采用实时监控系统对整个缓冲材料试验台架的运行过程进行全面监测和维护，如有任何异常，均会自动报警；
步骤四，试验拆解；
(4.1)当实验台架服役完成后，对台架进行拆解。拆解前，先关闭渗流系统和温度控制系统，将实时数据采集系统设置成较高的采集频率；
(4.2)待试验台架温度冷却至室温环境时，打开腔体顶盖，进行拆解工作；
(4.3)在拆卸过程中详细记录实验台架中不同位置处膨润土、加热器、各种传感器、金属腐蚀试样和各种管线材料等的物理和化学特性变化，分别采集实验台架中不同位置的缓冲材料样品和金属腐蚀样品并立即密封保存；
(4.4)系统分析测试不同位置的缓冲材料样品在长期热-水-力-化学耦合作用后各种性能，与试验前缓冲材料的各种性能进行比较，分析缓冲材料在长期热-水-力-化学耦合作用过程中和试验后各种性能变化规律。
所述试验腔体系统按照压力容器进行设计，一般采用不锈钢或碳钢等圆柱形，尺寸和高度等参数可根据试验规模来确定。
温度控制系统中的加热器既可以按照额定功率输出，也可以按照额定温度输出。
压实膨润土块的密度和尺寸等参数可以根据试验需求，与试验腔体和加热器的尺寸相匹配。
各个传感器的测量准确度应不低于全量程的1％，根据传感器在试验台架腔体中的位置，选择不同的导线类型和长度。
所述数据采集系统应具有实时数据采集和存储功能，可以任意设置采集频率，实时保存。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的一种缓冲材料热-水-力-化学耦合性能试验台架的试验方法，能够实现可控边界条件和加载条件下的缓冲材料耦合试验；
(2)本发明的一种缓冲材料热-水-力-化学耦合性能试验台架的试验方法，可以开展不同耦合路径下的缓冲材料多场耦合性能试验；
(3)本发明的一种缓冲材料热-水-力-化学耦合性能试验台架的试验方法，包括试验设计、安装调试、运行和拆解等一系列过程，内容全面，普适性较强，操作方便。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步的介绍：
一种缓冲材料热-水-力-化学耦合性能试验台架的试验方法，包括以下步骤：
步骤一，试验准备；
(1.1)试验采用的压实膨润土块应选择表面平整、无裂纹、无缺角的完整均匀块体；
(1.2)根据传感器的形状和设计位置，采用刻刀、直尺和台钻等工具对压实膨润土块体进行加工，保证传感器的顺利安装；
(1.3)将加工好的土块上下表面打磨，去除表层污垢，对其进行编号称量后，放入密封袋中备用，并取余土测定试样的含水量；
(1.4)对供水系统、传感器、气体测量和收集系统等进行标定，保证其在试验中的准确性，使其满足试验要求；
(1.5)采用去离子水对试验腔体内壁和渗流系统进行清洗，并对试验腔体进行量测，计算其容积；
步骤二，试验安装调试；
(2.1)对试验腔体系统进行精确定位，按照设计图纸进行压实膨润土块体和传感器的摆放安装；
(2.2)每个土块在进入腔体之前，均要再次称重记录；每安装一层，均要进行平整度测量，并实时调整土块位置，保证其水平布置；
(2.3)试验腔体和压实膨润土块中的所有缝隙均采用膨润土破碎颗粒或粉末填充，并记录其位置、质量等相关信息；
(2.4)加热器安装到位后，将传感器导线按出线孔位置归纳整理，确保无误后，放置腔体顶盖，并对传感器的出线孔进行封堵，保证腔体的密封性；
(2.5)将渗流系统、试验腔体、气体测量和收集系统按顺序连接各个管路，确保各连接处无漏气和漏水现象；将加热及温控系统、传感器、实时数据采集系统和实时监控系统连接，完成试验台架的组装；
步骤三，试验运行；
(3.1)开启实时数据采集系统和实时监控系统，对试验台架进行试运行，并观察记录其运行状态，实时进行调整，保证其正常运行；
(3.2)试验台架平稳运行一定时间后(如30天)，开始正式运行，将氩气瓶设置为0.01MPa，待压力值稳定后，开启渗流系统；
(3.3)试验初期运行阶段，渗流系统设置成人工模式。通过流量计将进水速率设置为100g/day，根据膨润土中的温湿度和应力变化情况，实时调整进水压力(0.01～2MPa)和进水速率(100～2000g/day)，最终将渗流系统设置成恒定压力(2MPa)自动进水状态；
(3.4)根据试验进程，开启加热及温控控制系统，按试验运行要求开启加热模式，试验温度从室温(20℃)至最终的90℃长期稳定运行；
(3.5)对实时数据采集系统的试验数据及时进行归纳整理分析，并根据试验结果实时调整运行状态，保证其长期稳定运行；
(3.6)采用实时监控系统对整个缓冲材料试验台架的运行过程进行全面监测和维护，如有任何异常，均会自动报警；
步骤四，试验拆解；
(4.1)当实验台架服役完成后，对台架进行拆解。拆解前，先关闭渗流系统和温度控制系统，将实时数据采集系统设置成较高的采集频率(1分钟采集一次数据)；
(4.2)待试验台架温度冷却至室温环境时，打开腔体顶盖，进行拆解工作；
(4.3)在拆卸过程中详细记录实验台架中不同位置处膨润土、加热器、各种传感器、金属腐蚀试样和各种管线材料等的物理和化学特性变化，分别采集实验台架中不同位置的缓冲材料样品和金属腐蚀样品并立即密封保存；
(4.4)系统分析测试不同位置的缓冲材料样品在长期热-水-力-化学耦合作用后各种性能，与试验前缓冲材料的各种性能进行比较，分析缓冲材料在长期热-水-力-化学耦合作用过程中和试验后各种性能变化规律。
所述试验腔体系统按照压力容器进行设计，一般采用不锈钢或碳钢等圆柱形，尺寸和高度等参数可根据试验规模来确定。
温度控制系统中的加热器既可以按照额定功率输出，也可以按照额定温度输出。
压实膨润土块的密度和尺寸等参数可以根据试验需求，与试验腔体和加热器的尺寸相匹配。
各个传感器的测量准确度应不低于全量程的1％，根据传感器在试验台架腔体中的位置，选择不同的导线类型和长度。
所述数据采集系统应具有实时数据采集和存储功能，可以任意设置采集频率，实时保存。