化學溶液作用下基于壓實膨潤土孔隙結構演化的土水特征模型研究*

賀 勇 盧普懷 滕繼東 葉為民

(①中南大學，有色金屬成礦預測與地質環境監測教育部重點實驗室，長沙 410083，中國)(②同濟大學，巖土及地下工程教育部重點實驗室，上海 200092，中國)(③中南大學，土木工程學院，長沙 410075，中國)

0 引 言

據中國核能行業協會發布的《中國核能發展報告(2020)》，我國2019年核能發電量為3481.31億千瓦時，同比增加18.09%，各類電源發電量中，核電占比上升至4.88%(王毅韌，2016)。與此同時，我國高水平放射性核廢物(高放廢物；HLW：high level radioactive waste)的產生速率隨之快速增長(葉為民等，2017，2018，2020；劉樟榮等，2020a)。為實現HLW的安全處置，我國選擇了建設高放廢物深地質處置庫(DGR：deep geological repository)的方案，并在設計中將具有低滲透性、高膨脹性、強吸附性、熱穩定性、耐輻射性以及經濟性的壓實膨潤土作為DGR中首選的緩沖/回填材料(劉樟榮等，2020a，2020b；Ye et al.，2018，2020)。然而，在DGR內部上萬年的化學溶液入滲和干濕循環過程中(He et al.，2015；Al-Badran et al.，2017；He et al.，2019a，2019b，2020)，壓實膨潤土長期處于非飽和狀態，其雙孔結構(大孔和小孔，或集聚體間孔隙和集聚體內孔隙)受化學因素影響而發生變化，嚴重影響其工程屏障性能。

土水特征曲線(SWRC：soil water retention curve)是研究非飽和土中水分流動和溶質運移的基礎，其反映了土體含水量(飽和度)與吸力之間的關系，被廣泛應用于評價非飽和土滲透系數、抗剪強度、體積變形等工程性質(Ye et al.，2009；Wang et al.，2019)。在初始干密度、土體結構、溫度、應力歷史和孔隙水化學等因素的影響下，非飽和土的SWRC具有不同形態(單峰、雙峰或多峰)和變化規律(Alonso et al.，2005；李同錄等，2019；Qiao et al.，2019；潘登麗等，2020；周翠英等，2020)。Lloret et al.(2007)通過試驗和模型擬合的方式研究了側限條件和干密度對壓實膨潤土SWRC的影響，結果表明，干密度主要影響試樣中大孔的含量，因此在由小孔持水的高吸力階段，不同干密度下的SWRC趨于重合。……