本发明属于,具体涉及一种多场耦合下裂隙岩柱核素迁移实验装置及实验方法。
背景技术:
1、高放废物地质处置库目前被认为是最安全可靠、技术上非常可行的高放废物处置手段,主要是通过天然和人工屏障体系阻止核素的泄漏与迁移,从而达到高放废物安全处置的目的。然而,处置库关闭后废物处置容器可能因腐蚀作用和地壳运动而出现破损,核素就可能泄露并随地下水沿裂隙迁移至生物圈,威胁生态安全和人类健康。处置库的运行通常处在温度场、流体场、应力场和化学场的耦合环境中,使得核素的地球化学行为非常复杂。因此,研究在多场耦合条件下核素的迁移行为是至关重要的。
2、相关技术中,核素迁移实验方法主要针对破碎的岩石矿物填充柱或者光滑切面的裂隙圆柱,其对核素的吸附状态和效果不同于现实围岩中的裂隙。例如结晶岩中的裂隙多为不规则的平面裂隙,锯齿状的凹凸点提供了一些吸附位点。破碎的岩石矿物填充柱和光滑切面的裂隙圆柱是理想化的介质,很难反映出核素在处置库围岩裂隙中的迁移和吸附规律,而且,真实的高放废物地质处置环境中存在放射性核素衰变释热、地应力、裂隙水和化学反应等多场耦合过程,它们相互影响作用,并对核素的吸附、迁移和阻滞等地球化学行为产生重大的影响。
3、针对上述技术,现有的研究都是针对单一场进行实验,没有考虑到真实的高放废物地质处置环境中存在放射性核素衰变释热、地应力、裂隙水和化学反应等多场耦合过程,导致裂隙岩柱核素迁移的模拟效果较差。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是提供一种多场耦合下裂隙岩柱核素迁移实验装置及实验方法,提高了多场耦合下裂隙岩柱核素迁移的模拟效果,更准确的探究高放废物地质处置核素吸附情况,防止核素泄露,提高高放废物地质处置的安全性。
2、一种多场耦合下裂隙岩柱核素迁移实验装置,包括:
3、依次连接的供液装置、恒温恒压装置以及流出液收集装置;
4、所述供液装置用于提供恒速率的核素液,核素液通过所述恒温恒压装置后进入所述流出液收集装置;
5、所述恒温恒压装置包括固定裂隙岩柱的夹持件、对裂隙岩柱施压的压力件以及对裂隙岩柱保温的恒温件;
6、所述恒温件与裂隙岩柱的曲面贴合。
7、可选的,所述裂隙岩柱为单裂隙岩柱。
8、可选的,所述夹持件包括两块设置在裂隙岩柱端部的夹板以及设置在裂隙岩柱周向的承载板。
9、可选的,所述压力件包括固定座,通过螺纹连接在固定座上的加压杆,所述加压杆的端部和承载板连接。
10、可选的,所述承载板包括两个u形垫块;所述u形垫块的u形面与裂隙岩柱贴合。
11、可选的,所述供液装置包括原液瓶和背景液瓶,原液瓶或背景液瓶通过管道和恒温恒压装置连接。
12、可选的,所述流出液收集装置包括若干试管,恒温恒压装置通过管道和若干试管连接。
13、可选的,还包括固定所述裂隙岩柱的限位夹,以及使裂隙岩柱的裂缝密封的有机硅密封胶。
14、可选的,所述裂隙岩柱的两端设置有有机玻璃,所述有机玻璃上开设有连通裂缝的通孔。
15、一种多场耦合下裂隙岩柱核素迁移实验方法,包括如下步骤:
16、1.制作裂隙岩柱;
17、2.将所述裂隙岩柱放入夹持件中,调节压力件的角度,使其施加垂直向下的力;
18、3.向裂隙岩柱施加压力,使其压力达到设定压力,同时,恒温件开始预热,达到预定温度后保持恒温;
19、4、测量裂隙岩柱孔隙体积;
20、5、向裂隙岩柱输入背景溶液,使溶液充满整个裂隙并达到水岩平衡;
21、6、设置单个试管收集时间,向裂隙岩柱中注入核素液和背景溶液的混合液,并收集流出的混合液;
22、7、再次注入背景液,直到混合液中核素液的含量低于设定值;
23、8、根据流出的混合液中液体体积以及核素浓度作图,得到核素在样品岩柱裂隙上的吸附解吸变化规律。
24、本发明的有益效果是:通过夹持件将裂隙岩柱固定好后,使用供液装置提供可以控制流速且流速恒定的核素液输入至裂隙岩柱中,供液装置可以提供不同成分的液体,可以同时开展不同影响条件下的条件实验和平行试验,使用压力件对裂隙岩柱施加压力,可以实现静态加压,且可以根据压力传感器的数据控制具体压力数值,相比于动态加压,既容易控制又节省能源。采用恒温件和裂隙岩柱贴合,可以保持裂隙岩柱的温度恒定,相比于将实验装置放在恒温室中,更加节能。通过供液装置、恒温件以及压力件,通过简单的结构即可实现了裂隙岩柱核素迁移过程中化学场、压力场和温度场的模拟,相比于单一场的模拟,提高了模拟效果,更准确的探究高放废物地质处置核素吸附情况,防止核素泄露,提高高放废物地质处置的安全性。
1.一种多场耦合下裂隙岩柱核素迁移实验装置,其特征是,包括:
2.如权利要求1所述的实验装置,其特征是,所述裂隙岩柱(17)为单裂隙岩柱。
3.如权利要求1或2所述的实验装置,其特征是,所述夹持件(7)包括两块设置在裂隙岩柱(17)端部的夹板以及设置在裂隙岩柱(17)周向的承载板(21)。
4.如权利要求1或2所述的实验装置,其特征是,所述压力件(9)包括固定座(13),通过螺纹连接在固定座(13)上的加压杆(12),所述加压杆(12)的端部和承载板(21)连接。
5.如权利要求3所述的实验装置,其特征是,所述承载板(21)包括两个u形垫块;所述u形垫块与的u形面与裂隙岩柱(17)贴合。
6.如权利要求1或2所述的实验装置,其特征是,所述供液装置(1)包括原液瓶(31)和背景液瓶(32),原液瓶(31)或背景液瓶(32)通过管道和恒温恒压装置(2)连接。
7.如权利要求1或2所述的实验装置,其特征是,所述流出液收集装置(3)包括若干试管(26),恒温恒压装置(2)通过管道和若干试管(26)连接。
8.如权利要求1或2所述的实验装置,其特征是,还包括固定所述裂隙岩柱(17)的限位夹,以及使裂隙岩柱(17)的裂缝密封的有机硅密封胶。
9.如权利要求1或2所述的实验装置,其特征是,所述裂隙岩柱(17)的两端设置有有机玻璃,所述有机玻璃上开设有连通裂缝的通孔。
10.一种多场耦合下裂隙岩柱核素迁移实验方法,其特征是,采用如权利要求1-9任一项所述的实验装置,包括如下步骤: