高温条件下膨润土缓冲材料工程屏障性能热老化的时间效应及微观机理

1

作者 曾召田 林铭宇 +3 位作者 孙德安 邵捷昇 曹珊珊 吕海波 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第9期1812-1824,共13页

高温条件下膨润土缓冲材料工程屏障性能的热老化时效性对于评价核废物深地质处置库的长期运营安全具有重要意义。对MX-80膨润土粉末进行不同热老化时间(t=0,15,30,60,90,120 d)的高温预处理,研究热老化后膨润土试样的工程屏障性能参数(... 高温条件下膨润土缓冲材料工程屏障性能的热老化时效性对于评价核废物深地质处置库的长期运营安全具有重要意义。对MX-80膨润土粉末进行不同热老化时间(t=0,15,30,60,90,120 d)的高温预处理,研究热老化后膨润土试样的工程屏障性能参数(导热系数λ、恒体积膨胀力Ps、无侧限抗压强度qu、比表面积SSA)随热老化时间t的演化规律;基于X射线衍射、热失重分析和扫描电镜等试验探讨了高温热老化后MX80膨润土中矿物成分、吸附水、微结构的变化趋势,从微观角度揭示出高温条件下热老化时间对膨润土缓冲材料工程屏障性能的影响机制。试验结果表明:(1)MX80膨润土的工程屏障性能均随热老化时间t的增加而递减,呈现出显著的时间效应,其主要发生在0~15 d,衰减率为56.89%~68.51%;(2)高温热老化过程中,膨润土中蒙脱石矿物部分转化为钠云母、土中吸附水脱失、土体微结构演化,上述微观变化与其工程屏障性能热老化时效性具有较好的一致性;(3)高温条件下,MX80膨润土的工程屏障性能参数与其蒙脱石含量C_(m)、吸附水含量w均呈线性正相关,表明膨润土的矿物成分转化、土中吸附水变化、土体微结构演化是引起其工程屏障性能热老化时效性的本质原因。 展开更多

关键词 膨润土缓冲材料 屏障性能 热老化时间 高温状态 微观机理

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基于机器学习算法的高放废物处置库屏障材料膨胀性能演化研究

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作者 张明 胡栋科 +4 位作者 谢敬礼 王赵明 李小明 周方亮 赵留义 《辐射防护》 北大核心 2025年第2期157-166,共10页

高放废物处置库服役周期长且地质条件复杂,常规手段无法直接获取膨润土缓冲屏障膨胀性能演化趋势,本文尝试采用机器学习算法展开预测。利用在材料性能预测方面比较成熟的9种算法训练模型,探讨机器学习算法预测膨润土膨胀性能的可行性,... 高放废物处置库服役周期长且地质条件复杂,常规手段无法直接获取膨润土缓冲屏障膨胀性能演化趋势,本文尝试采用机器学习算法展开预测。利用在材料性能预测方面比较成熟的9种算法训练模型,探讨机器学习算法预测膨润土膨胀性能的可行性,通过分析其决定系数和均方根误差,遴选出神经网络算法为最优.引入我国北山候选处置库地球化学条件,预测出高庙子膨润土在高放废物处置库服役期间膨胀力呈“S”型演化;考虑蒙脱石含量、初始含水率、温度以及Na+浓度影响,缓冲屏障初始干密度建议值不小于1.58 g/cm^(3);若进一步考虑铁质储存罐Fe(Ⅱ)释放的影响,缓冲屏障初始干密度应进一步增大。本研究可为我国北山高放废物处置库地下试验室原位试验开展和缓冲屏障性能评价提供理论依据。 展开更多

关键词 膨润土 高放废物处置库 缓冲屏障 膨胀性能 机器学习

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缓冲屏障透风率对桥隧过渡段移动列车气动特性的影响

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作者 唐林波 何旭辉 +2 位作者 王汉封 严磊 蔡陈之 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第9期3821-3834,共14页

横风环境下高速列车驶过桥隧过渡段时出现的气动荷载突变会威胁列车的运行安全,设置缓冲结构虽是保障列车安全的重要措施却不利于桥梁结构的气动特性。为兼顾桥梁结构与列车运行,提出隧道洞口处设置短屏障作为缓冲结构。基于改进延迟分... 横风环境下高速列车驶过桥隧过渡段时出现的气动荷载突变会威胁列车的运行安全,设置缓冲结构虽是保障列车安全的重要措施却不利于桥梁结构的气动特性。为兼顾桥梁结构与列车运行,提出隧道洞口处设置短屏障作为缓冲结构。基于改进延迟分离涡湍流模型(IDDES)和“马赛克”网格技术,建立横风作用下移动列车-缓冲屏障-桥隧过渡段的三维数值模型,深入研究缓冲屏障及其透风率对桥隧过渡段移动列车所受气动荷载大小及其变化速率的影响。分析15%、30%和45%透风率的缓冲屏障以及无缓冲屏障场景对横风下时速300 km列车通过桥隧过渡段时列车六分力系数和气动压力系数的影响,揭示桥隧过渡段气动荷载突变效应对移动列车气动荷载时变规律的影响。研究结果表明,3车编组列车运行时,头车所受气动荷载均值最大,进出隧道过程中荷载变化幅度也相应最大。设置缓冲屏障能有效降低头车和尾车的气动荷载系数,除阻力系数和俯仰力矩系数外,头车出隧道过程中,气动荷载系数绝对值减小幅度相比无屏障工况均超过41%,但中车的气动荷载系数会小幅度增加。3种缓冲屏障均能有效缓解列车运行在桥隧过渡段时的气动荷载突变效应,其中透风率为45%的缓冲屏障对列车气动荷载突变速率的衰减程度最大。 展开更多

关键词 风工程 缓冲屏障 数值模拟 移动列车 桥隧过渡段 气动特性

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风屏障端部缓冲结构对列车动力性能的影响

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作者 陶玮 娄平 孙震 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第2期509-522,共14页

为解决高速列车进入或者离开桥梁风屏障区域时,列车运行环境的快速切换导致其气动荷载发生突变从而影响列车运行安全性和乘坐舒适性的问题,提出2种在桥梁风屏障端部设置的缓冲结构:透风率渐变式缓冲结构和高度渐变式缓冲结构。缓冲结构... 为解决高速列车进入或者离开桥梁风屏障区域时,列车运行环境的快速切换导致其气动荷载发生突变从而影响列车运行安全性和乘坐舒适性的问题,提出2种在桥梁风屏障端部设置的缓冲结构:透风率渐变式缓冲结构和高度渐变式缓冲结构。缓冲结构能实现高速列车在桥梁风屏障内部和外部区域的平稳过渡。基于改进的延迟分离涡模拟方法,建立曲线式风屏障-高速列车-桥梁系统以及2种缓冲结构的CFD模型,对比研究2种缓冲结构对风屏障引起的高速列车气动荷载突变程度的减缓效果。在此基础上,建立车-轨-桥系统耦合动力学模型,并采用多体动力学软件UNIVERSAL MECHANISM从行车安全性角度分析2种缓冲方案的效果。研究结果表明:桥梁风屏障端部设置透风率渐变式缓冲结构能够有效降低高速列车进入或离开风屏障区域时气动荷载系数幅值,同时,使列车进入风屏障区域时迎风面压力平缓下降,并减小列车周围涡旋结构尺寸,对列车气动荷载突变效应的减缓效果显著优于高度渐变式缓冲结构;此外,设置透风率渐变式缓冲结构能更好地降低高速列车进出桥梁风屏障区域时轮重减载率和脱轨系数最大值,显著提高列车的运行安全性。研究结果为进一步保障强风区域桥上高速列车安全平稳运行提供参考。 展开更多

关键词 高速列车 风屏障 气动荷载突变 缓冲结构 数值模拟 动力性能

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高放处置罐铁释放诱发膨润土矿物相变研究进展 被引量：3

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作者 张明 谢敬礼 《岩石矿物学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期778-785,共8页

作为高放废物处置罐候选金属材料,低碳钢在处置库服役期间,其腐蚀产物侵入缓冲屏障,导致缓冲材料矿物相变与性能变异,威胁多重屏障体系的长期安全稳定。本文详细综述了国内外处置库深部还原环境所处的弱碱性化学场与中低温度场的变化趋... 作为高放废物处置罐候选金属材料,低碳钢在处置库服役期间,其腐蚀产物侵入缓冲屏障,导致缓冲材料矿物相变与性能变异,威胁多重屏障体系的长期安全稳定。本文详细综述了国内外处置库深部还原环境所处的弱碱性化学场与中低温度场的变化趋势,认为处置库深部化学-温度还原条件可导致处置罐Fe腐蚀释放Fe^(2+)。在处置库长期运行过程中,蒙脱石与Fe^(2+)接触发生矿物相变,一方面Fe^(2+)置换蒙脱石八面体晶格中的Al^(3+)和Mg^(2+),还原Fe^(3+)或直接占据空位,生成次生矿物;另一方面Fe^(2+)交换蒙脱石层间的Na^(+)、K^(+)和Ca^(2+),转化为铁基蒙脱石。矿物相变可诱发缓冲屏障性能变异甚至退化。基于"抗矿物转化"理念,提出了下一阶段缓冲材料矿物相变研究方向,为地下实验室碳素钢选型、缓冲屏障验证试验设计以及屏障体系安全评价提供科学依据。 展开更多

关键词 高放废物地质处置 缓冲屏障 蒙脱石 矿物相变 性能变异

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砌块干密度对回填施工接缝砌块体系的膨胀特性影响研究 被引量：2

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作者 王英 张虎元 +1 位作者 王赵明 周光平 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2021年第5期1640-1646,共7页

通过室内模拟试验,采用膨润土粉末对压实膨润土砌块之间的接缝区进行二次填充,利用自主设计的刚性壁膨胀仪,以砌块干密度为基本变量,对恒体积条件下不同干密度砌块接缝以及砌块顶部的膨胀应力进行监测,分析接缝密封后砌块体系的膨胀特... 通过室内模拟试验,采用膨润土粉末对压实膨润土砌块之间的接缝区进行二次填充,利用自主设计的刚性壁膨胀仪,以砌块干密度为基本变量,对恒体积条件下不同干密度砌块接缝以及砌块顶部的膨胀应力进行监测,分析接缝密封后砌块体系的膨胀特性。试验表明:经二次填充后的含接缝砌块体系,其膨胀应力优先向接缝区域发展,径向膨胀应力发展快于轴向,有利于砌块接缝区域的封闭。在相同接缝充填的条件下,随着砌块初始干密度的增大,砌块体系接缝区域的最终膨胀应力增大,到达最大膨胀应力时间缩短,接缝区域愈合速度加快。由于接缝的存在,砌块区膨润土吸水膨胀后首先对接缝内孔隙进行充填,轴向应力降低,产生"应力补偿"现象。砌块干密度越低,应力补偿现象越明显。根据砌块的轴向应力曲线将砌块轴向应力发展过程分为3个阶段:快速增长阶段、稳步发展阶段和应力调整阶段。其中快速发展阶段主要受砌块初始干密度的控制,而稳步增长阶段则受到水分迁移、侧壁摩擦力以及接缝愈合速率的影响更多。相较于完整样,含充填接缝的砌块体系膨胀应力分布状态趋向于等向应力分布,提高了整个屏障体系的均质化程度。 展开更多

关键词 高放废物处置 缓冲屏障 膨润土砌块 接缝 膨胀力

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典型高山堰塞湖湖滨带和缓冲带的划定及生态修复思路——以镜泊湖为例 被引量：5

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作者 谢自建 魏伟伟 +2 位作者 李春华 叶春 王昊 《环境工程技术学报》 CSCD 北大核心 2021年第6期1147-1153,共7页

镜泊湖是中国最大、世界第二大高山堰塞湖,具有特殊的地形地貌,属于典型通江型深水湖泊。通过对镜泊湖及周边生态环境调查,划定了湖滨带和缓冲带的类型及宽度。基于镜泊湖岸带地形地貌特征及水文情况,将镜泊湖湖滨带划分为山体型、大堤... 镜泊湖是中国最大、世界第二大高山堰塞湖,具有特殊的地形地貌,属于典型通江型深水湖泊。通过对镜泊湖及周边生态环境调查,划定了湖滨带和缓冲带的类型及宽度。基于镜泊湖岸带地形地貌特征及水文情况,将镜泊湖湖滨带划分为山体型、大堤型、道路型、河口型、村落型、农田型6种类型,将镜泊湖缓冲带划分为山体型、农田型、村落型3种类型。结合湖滨带和缓冲带的生境、土地利用方式、土壤侵蚀状况及植被分布现状等因素,阐述镜泊湖湖滨带和缓冲带生态环境面临的主要问题,提出镜泊湖湖滨缓冲带生态修复思路,以期为镜泊湖湖滨缓冲带的生态保护及修复提供参考。 展开更多

关键词 镜泊湖 高山堰塞湖 湖滨带 缓冲带 划定

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过渡金属氮化物防扩散阻挡薄膜研究

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作者 薛云龙 罗维昂 +4 位作者 章壮健 沈孝良 曾有义 孙云龙 秦关鸿 《真空科学与技术》 CSCD 1993年第3期195-203,共9页

用“S”枪磁控反应溅射制备TiN、ZrN和三元化合物(Ti、Zr)N薄膜。这些薄膜的电阻率在40～190μΩ·cm范围。它们与n^+型硅的接触电阻在10^(-3)～10^(-6)Ω·cm^2量级;与P型硅的接触电阻为10^(-3)Ω·cm^2量级。与n型硅形成... 用“S”枪磁控反应溅射制备TiN、ZrN和三元化合物(Ti、Zr)N薄膜。这些薄膜的电阻率在40～190μΩ·cm范围。它们与n^+型硅的接触电阻在10^(-3)～10^(-6)Ω·cm^2量级;与P型硅的接触电阻为10^(-3)Ω·cm^2量级。与n型硅形成的肖特基势垒高度为0.39V。TEM分析显示三种氮化物薄膜均为多晶结构。RBS、SAM和XRD的分析都表明TiN和ZrN薄膜作为防止铝/硅互扩散阻挡层所能承受的最高温度是600℃,(Ti、Zr)N为550℃。 展开更多

关键词 阻挡层 氮化物 过渡元素 薄膜

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单波形梁钢护栏新型立柱设计与实验研究 被引量：1

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作者 郭铁惠 何亚琪 李建伟 《科学技术与工程》 北大核心 2014年第11期266-271,275,共7页

通过对路桥护栏多种立柱的调查和力学分析,提出了一种新型立柱的设计结构,通过有限元力学分析,新型立柱在提高刚度和节约材料方面相对于普通立柱有明显优势,并通过实车碰撞实验验证了有限元力学分析结论的正确性。

关键词 缓冲 立柱 刚度 碰撞

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高压电缆射线检测典型案例分析 被引量：2

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作者 冯超 谢亿 +4 位作者 曹先慧 刘唯可 刘三伟 黄福勇 龙毅 《中国测试》 CAS 北大核心 2020年第S02期19-22,共4页

高压电缆缓冲阻水层烧蚀缺陷是长期影响电网安全稳定运行的重大隐患。该文分别对不同电压等级的电缆金属部件和电缆绝缘部件开展缺陷射线检测研究,对电缆中间头和终端头的材料材质、压接插入深度、压接后接线端子与导体间隙等关键质控... 高压电缆缓冲阻水层烧蚀缺陷是长期影响电网安全稳定运行的重大隐患。该文分别对不同电压等级的电缆金属部件和电缆绝缘部件开展缺陷射线检测研究,对电缆中间头和终端头的材料材质、压接插入深度、压接后接线端子与导体间隙等关键质控点进行检测,对绝缘外屏蔽层、缓冲阻水层、金属铝护层的气隙性缺陷以及电缆头的绝缘件的表面损伤等进行分析。针对某110kV电缆线路,该文利用射线技术带电有效检出该线路电缆本体多处缓冲阻水层烧蚀缺陷,缺陷检出点占总检测点的28%,实现110kV在役电缆线路的的实时动态在线检测,及时发现故障隐患,消除安全风险。同时,相关研究也指出电缆内部缺陷多发于电缆底部铝护套波谷接触部位的规律,并提出加强射线在电缆领域的检测评估应用和尽快更换该线路电缆的建议。 展开更多

关键词 高压电缆 X射线 成像检测 缺陷识别 缓冲阻水层

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湿化膨胀与掺砂率对混合型缓冲材料THM耦合过程的影响分析

11

作者 魏天宇 王旭宏 +3 位作者 吕涛 胡大伟 周辉 洪雯 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期549-562,共14页

加入辅助骨料后的混合型缓冲材料在保留了材料密封和防渗能力的同时,克服了纯膨润土导热系数低、施工性差的缺点,作为高放废物处置库缓冲材料的备选材料正在成为新的研究热点。基于室内试验数据,以多孔介质非饱和渗流理论为基础,考虑了... 加入辅助骨料后的混合型缓冲材料在保留了材料密封和防渗能力的同时,克服了纯膨润土导热系数低、施工性差的缺点,作为高放废物处置库缓冲材料的备选材料正在成为新的研究热点。基于室内试验数据,以多孔介质非饱和渗流理论为基础,考虑了膨润土湿化膨胀及密度、饱和度、导热系数等材料物理性质参数的实时变化,利用COMSOL Multiphysics软件建立了包含一条巷道及单个井孔的3D网格模型,计算模拟了100 a间屏障系统中膨润土-石英砂混合型缓冲材料的THM多场耦合演化过程,分析了各物理量的时间演化及空间分布规律,并通过不同工况分析了材料湿化膨胀以及掺砂率对屏障系统演化过程的影响。系统中材料温度、饱和度与距固化体、岩壁的距离呈相关性,应力整体以受压为主,变形呈先压缩后膨胀的趋势。其中,膨润土基材料的湿化膨胀作用对温度演化的影响很小,但会略微加速饱和进程,并使材料的应力-应变出现明显的时间演化及区域分布差异。井孔和巷道中靠近岩壁区域的应力上升较快,并且在巷道底板与井孔交界处出现了显著的竖向位移。提高掺量可以有效降低罐体表面温度,增强屏障系统散热能力,降低缓冲材料的历史最大应力,有效控制井孔轴线上的竖向位移,但也会削弱系统的防渗能力。 展开更多

关键词 高放废物 屏障系统 湿化膨胀 混合型缓冲材料 数值模拟 多场耦合

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收费站车辆安全防护体系设计与实验研究

12

作者 高忠 《科学技术与工程》 2010年第27期6679-6684,共6页

针对收费站频发车辆撞击收费亭伤人和撞击水泥岛头侧翻造成严重交通事故的现实,提出了缓冲护栏和单波梁防撞垫等新型安全设施的设计理念,并将单波梁防撞垫、水泥岛头、缓冲护栏和防撞柱合理布局组成了收费站交通安全防护体系。经过实车... 针对收费站频发车辆撞击收费亭伤人和撞击水泥岛头侧翻造成严重交通事故的现实,提出了缓冲护栏和单波梁防撞垫等新型安全设施的设计理念,并将单波梁防撞垫、水泥岛头、缓冲护栏和防撞柱合理布局组成了收费站交通安全防护体系。经过实车碰撞实验,验证了产品的可靠性和设计的可行性。 展开更多

关键词 单波梁 防撞垫 缓冲护栏 碰撞 安全防护 事故

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喇嘛甸油田气顶注聚障开发缓冲区实践与认识

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作者 凡文科 《大庆石油地质与开发》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期121-125,共5页

为探索气顶油藏的有效开发方法,喇嘛甸油田2006年开展了南块萨Ⅱ2＋3气顶注聚障开发缓冲区试验,通过注聚合物在油气区之间形成聚障条带,将油气区隔开并保持相对稳定,气区暂不开采,缓冲区直接进行高浓度聚驱开发.截至2013年底,缓冲区累... 为探索气顶油藏的有效开发方法,喇嘛甸油田2006年开展了南块萨Ⅱ2＋3气顶注聚障开发缓冲区试验,通过注聚合物在油气区之间形成聚障条带,将油气区隔开并保持相对稳定,气区暂不开采,缓冲区直接进行高浓度聚驱开发.截至2013年底,缓冲区累计注入孔隙体积0.88倍,阶段提高采收率23.9％,采出程度60.5％,最终采收率可达到65％以上.试验形成了3项关键技术,即隔障建立、维护与监测技术,三区压力系统调控技术,低含水油层高浓度聚驱开发调整技术,为喇嘛甸油田气顶及缓冲区的全面开发做好了技术储备. 展开更多

关键词 喇嘛甸油田 气顶 聚合物 隔障 缓冲区 压力调控

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