[发明专利]三轴试验过程中试样湿度实时保持装置及方法

说明书

本发明公开的三轴试验过程中试样湿度实时保持装置及方法，涉及高放废物处置技术领域。所述装置包括试样、三轴试验台以及试样湿度平衡系统；所述试样湿度平衡系统包括水蒸汽发生装置、气罐以及水气缓冲罐，所述水蒸汽发生装置和气罐依次向水气缓冲罐中注入水蒸汽和气体，待水气缓冲罐内湿度达到目标湿度后，注入试样内，以此保持试样湿度恒定。本发明可保持试验过程中试样湿度的恒定，提高试验结果准确性；同时，不仅可以实现非气体和气体迁移特性试验过程中试样湿度稳定性保持，也可用于研究水气混合物对膨润土内部迁移特性的影响。

技术领域

本发明涉及高放废物处置技术领域，具体涉及一种三轴试验过程中试样湿度实时保持装置及方法。

背景技术

近年来，随着核技术在国防、工业、农业、医学等各个领域的广泛应用，随之产生了越来越多的高水平放射性废物，因此，放射性核废物的处置问题也日趋严重。

对于高放废物的处置，目前国际社会上普遍接受的可行方案是把高放废物深埋于地下500～1000m深的稳定的地层中，即将高放废物经过固化处理、灌装后，储藏在深部地质处置库中，从而使核废物与人类的生存环境隔绝，以免对人类的生存环境造成污染。该处置库通常称为“高放废物地质处置库”，以下简称为“处置库”。处置库的设计思路，一般采用的是“多屏障系统”，包括围岩地质屏障(如花岗岩、黏土岩、盐岩等)、基于膨润土作为缓冲材料的人工屏障和废物储存容器屏障。

随着时间的推移，围岩中的地下水将从四周逐渐侵蚀到膨润土材料中，膨润土将逐渐吸水膨胀，从而填满膨润土块体之间以及膨润土块体与围岩之间的空隙，从而起到密封作用。在整个膨润土材料达到饱和之前，靠近围岩附近的膨润土含水量高，远离围岩的部分含水量低。因此，从屏障的边缘到中间会形成一定的饱和梯度。

而在处置库内，由于复杂的物理化学反应，将会产生气体，这些气体主要包括：(1)废物储存容器在膨润土与地下水环境中腐蚀产生的氢气；(2)微生物分解导致有机物腐化产生的二氧化碳、甲烷、氮气等气体；(3)辐射作用(水、有机物等)产生的氢气。这些气体主要聚集在处置罐与缓冲材料之间的间隙内，随着气体的不断产生，处置库内的气压逐渐升高，积聚的气体将会向外逃逸，而积聚的高气压将会对整个处置库的稳定性和安全性产生较大的影响。

因此，研究非饱和膨润土的力学特性以及气体在非饱和膨润土中的迁移特性具有非常重要的现实意义。

在实际试验过程中，环境湿度往往波动很大，湿度的变化会导致试样的结构发生变化，尤其是在某些热试验过程中。而目前对于非饱和土的力学特性以及气体渗透特性通常会使用到三轴压力室，为了解决试验过程中由于湿度变化导致含水量变化进而影响整体试验准确性的问题，特提供一种三轴试验过程中湿度实时保持的装置及方法。

发明内容

根据本发明的目的提出的一种三轴试验过程中试样湿度实时保持装置，包括试样、三轴试验台以及试样湿度平衡系统。

所述试样内部设置有用于监测试样湿度的光纤湿度传感器。

所述三轴试验台用于盛放试样，其底部设置有水气注入孔。

所述试样湿度平衡系统包括水蒸汽发生装置、气罐以及水气缓冲罐；所述水蒸汽发生装置与气罐分别与水气缓冲罐管道连通，且连接管道上对应设置有第一通断阀门和第二通断阀门以及分别用于监测水蒸汽发生装置和气罐注入物体压力的第一压力表和第二压力表；所述水气缓冲罐与水气注入孔管道连通，连通管道上设置有第三通断阀门以及第三压力表；所述水气缓冲罐上设置有用于监测水气缓冲罐内湿度的湿度计。

优选的，水气缓冲罐与水气注入孔连通管道上靠近水气注入孔的一端还设置有第四通断阀门以及用于排出管道内水气混合物的排气阀。

优选的，所述三轴实验台内还设置有用于固定试样的氟橡胶皮套。

本发明另外公开的一种使用上述装置进行试样湿度实时保持的方法，包括以下步骤：