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1 引言
高放废物深部地质处置工程中,缓冲回填材料填充在废物容器与地质体之间,阻截放射性核素向周围环境的迁移。理想的缓冲回填材料不仅需要良好的防渗性能、化学吸附性能、热传导性能、可施工性能,还必须具有足够的强度。膨润土是缓冲回填材料的首选材料[1-4].向膨润土中添加一定比例的石英砂,形成膨润土-砂混合物(即所谓的混合型缓冲回填材料),可以在不显著降低膨润土主料的防渗性能、吸附性能和膨胀自愈性能的前提下,明显提高热传导性能及力学强度。对于石英砂的添加量,不同国家和地区根据膨润土和石英砂性质得到了各自的添加比例[5].
关于膨润土与其它土质材料形成的混合物的抗剪强度,国内外已经取得了一定的研究成果。Gary X. Tang 等人[6]研究了非饱和膨润土-砂混合物在一系列应力条件下的吸力和强度特性。M. K. Gueddouda[7]等人以垃圾填埋场衬里为原型,研究了膨润土-砂混合物的抗剪强度和渗透系数特性。L. H. Mollins[8]等人研究了膨润土改性砂土的固结排水剪切强度。B. [9]等人研究了温度对膨润土-砂混合物的抗剪强度和压缩性能的影响。国内学者对膨胀土的抗剪性质进行了大量的研究。例如,缪林昌[10]等人研究了膨胀土强度与含水量的关系,杨庆[11]等人研究了重塑非饱和膨胀土抗剪强度特性。谭罗荣[12]等人通过对不同干密度、不同初始含水量重塑膨胀土的直剪试验,发现干密度的增大会大幅度提高土的峰值强度,特别是粘聚力的提高,龚壁卫[13]也得出了相近的结论。
应当看到,现有的试验研究中,试样的干密度和含水率并没有得到完全相同的控制,因此,从实测的抗剪强度不能区分出石英砂掺量对膨润土-砂混合物强度的贡献。因而,从这个意义上讲,粗粒成分对混合物强度的控制机理并没有得到阐明。本文选用高庙子膨润土为主料,加入不同比例的石英砂,调整动力击实次数,制成干密度和含水率相同的膨润土-砂混合物试样,试验研究抗剪强度随掺砂率变化的本质,为我国混合型缓冲回填材料的配比优化设计提供基础资料。
2 试验材料与方法
试验材料试验所用高庙子膨润土主料由核工业北京地质研究院提供,简称GMZ001 膨润土,产自内蒙古兴和县高庙子地区。石英砂骨料为人工加工的标准砂,产自我国石英砂岩六大储藏地之一的甘肃永登县奖俊埠,由富隆石英砂厂出品[14].
试样制备
定义石英砂与膨润土-石英砂混合物的干重之比为掺砂率( s R )。将烘干膨润土与石英砂按掺砂率为0%、10%、20%、30%、40%、和50%的比例混合后充分搅拌,根据含水量计算所