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温度与水力梯度作用下膨润土中水分迁移问题研究

批准号:
42072312
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
田慧会
学科分类:
工程地质学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
田慧会

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
温度与水力梯度下膨润土中水分迁移是保证核废料处置库长期安全有效运行的关键科学问题,然而目前关于膨润土渗透特性参数的测试仍未得到很好的解决。本项目针对膨润土中水分迁移问题,利用核磁共振分层CPMG技术,测得温度与水力梯度作用下低渗膨润土中水分迁移过程和组构变化;确定膨润土中水分迁移的机理与模型;基于核磁二维扩散理论和膨润土的二元结构提出膨润土考虑温度效应的渗透特性参数函数;通过膨润土中水分迁移数据与模型,利用hydrus反演得出膨润土的渗透特性参数;开发一套快速测试膨润土渗透特性参数的方法与技术。本项目的成功实施可为非饱和土和含冰量较高的冻土或含天然气水合物土等低渗介质水力特性的研究提供思路和分析方法,具有广阔的应用前景。
英文摘要
The moisture migration in bentonite under temperature and hydraulic gradient is the key to ensure the long-term safe and effective operation of nuclear waste repository. However, the problem has not yet been solved properly on the test of the hydraulic conductivity parameters of bentonite. The project focuses water migration in bentonite. With the application of layered CPMG technique in nuclear magnetic resonance, the process of water migration and fabric variation in bentonite under temperature and hydraulic gradient can be obtained. The mechanism and model for water migration in bentonite under temperature and hydraulic gradient can be proposed. The temperature function of hydraulic conductivity parameter for bentonite can be proposed based on the theory of two-dimensional nuclear magnetic relaxation dispersion (NMRD) and two levels of structure of bentonite. Hydraulic conductivity parameter of bentonite can be obtained by inversion of moisture migration and hydraulic constitutive models in bentonite with hydrus. A method and technology for rapid determining the hydraulic conductivity parameter of low permeability media can be developed. The successful implementation of this project can provide ideas and analysis methods for the study of hydraulic characteristics of low-permeability media such as unsaturated soils and frozen soils with high ice content or hydrate bearing soils, and has broad application prospects.
温度与水力梯度下膨润土中水分迁移是保证核废料处置库长期安全有效运行的关键科学问题,然而目前关于膨润土渗透特性参数的测试仍未得到很好的解决。本项目围绕膨润土中水分迁移问题,从设备研发、理论模型、实验测试与软件研发四个方面开展了相应的研究工作。研究成果如下:基于已有的核磁设备对电磁体梯度和测试软件进行了升级,从而满足了分层CPMG的测试要求,自主研制了耐高温高压夹持器以及温度、水力等变量梯度外围施加系统,开发了一套基于核磁共振技术的多孔介质组构探测的一体化试验系统;以达西定律和泊肃叶定律为基础,借助核磁共振技术能够快速测定孔隙概率分布的优点,建立了一个基于土体T2时间分布快速预测土体渗透系数的毛细管模型;提出了一个二元孔模型来模拟土体中水分子在弛豫过程中的扩散耦合过程,并首次探讨了扩散耦合效应对核磁共振弛豫法测试孔径分布的影响;基于核磁共振一体化试验系统,测试了不同环境载荷下膨胀土中孔隙水迁移过程并计算了土体渗透系数;利用核磁共振弛豫色散理论研究了土体中孔隙水溶液与温度对孔隙水微观动力学性质的影响;基于小波函数开发了一套能够对核磁测试数据进行降噪处理的反演算法,并集合其他数据处理功能研发了一套岩土核磁共振一维测试数据反演与分析一体化软件。上述测试技术与方法可以推广至其他低渗介质如非饱和土、冻土和含水合物土的组构与水分迁移测试,一体化软件可以推广至任意多孔介质核磁共振一维测试数据的处理,具有广泛的应用前景。同时本项目的成功实施为其他低渗介质水力特性的研究提供了思路和分析方法。
土体中水合物相变过程的核磁共振实验研究与相平衡模型的建立
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