地下海水高速渗流条件下超低温含盐冻土的冻结机理研究

After Fukushima nuclear accident, the use of artificial frozen wall to deal with the adverse problems still can't work well. From the perspective of maintaining national security in the future. The freezing mechanism of ultra - low temperature saline soil under high - speed seepage of groundwater is proposed. This application utilizes a cascade refrigeration unit to prepare ultra-low temperature brine to develop a new type of freezing technology for engineering emergency. The research focuses on the freezing mechanism of ultra-low temperature freezing saline soil and tested characteristic curve of unfrozen water content of saline soil under -30 ~ -70 ℃. Meanwhile, based on the three-dimensional reconstruction of CT images, the changes of pore and pore connectivity characteristics of ultra-low temperature frozen soil are researched. This paper illustrates the impact of salt content on microstructure of ultra-low temperature frozen soil, soil particles connection structure and so on. Through three-dimensional similarity model test, it obtained the impact of sea groundwater seepage on the circulation of frozen soil wall under ultra-low temperature condition, and also gained empirical relationships among four critical factors-- frozen soil wall time, frozen tube hole spacing, seawater seepage velocity, circulating brine temperature and flow. Based on above studies, it can be offered technical reference for construction of ultra-low temperature frozen soil wall, and help our country quickly cope with the occurrence of similar cases in Fukushima Nuclear Power Plant accident.

针对日本福岛核电事故后，采用人工冻土墙应对不利的问题，从未来维护国家安全的角度考虑，提出了地下海水高速渗流条件下超低温含盐冻土的冻结机理研究。本申请利用复叠式制冷机组制备超低温盐水，发展一种新型的冻结技术用于工程抢险。主要研究超低温条件下含盐土体的冻结机理，测试获得于-30~-70℃条件下含盐土体的未冻水含量特征曲线。同时，基于CT图像三维重构技术，研究超低温冻土内部孔隙和孔隙连通特征的变化规律，阐明含盐量对超低温冻土微细观结构的影响，诸如孔隙分布特征，土颗粒间的结构联结等。通过三维相似模型试验获得超低温条件下地下海水渗流对冻土墙交圈的影响，获得冻土墙交圈时间与冻结管孔间距、海水渗流速度、循环盐水温度和流量4种关键因素之间的经验关系式。综合以上研究成果，以期能够为我国未来快速应对处理类似日本福岛核电站的事故中修建超低温冻土墙提供技术参考。

针对日本福岛核电事故后，采用人工冻土墙应对不利的问题，从未来维护国家安全的角度考虑，提出了地下海水高速渗流条件下超低温含盐冻土的冻结机理研究。.首先研究了采用人工地层冻结法隔离核辐射污染源的原理和工程措施，从技术角度分析福岛冻土墙冻结不利的原因，总结了事故中所暴露出来的问题及事故带来的影响。结合我国核电技术的发展规模，给出了事故警示，展望了应对策略和研究方向，该部分研究能够为我国未来快速应对类似事故提供参考。.然后，根据抢险工程的要求和特点，为满足地下工程施工事故抢险加固土体对及时性和有效性的要求，在本研究中，结合热电制冷技术和人工地层冻结技术，研发了一种热电快速抢险冻结器，具有通电即制冷、可深入土体均匀冻结的特点，同时还有分段冻结、定向冻结、强制解冻的功能。在该方面，已获得授权了1项发明专利。该新型设备，将极大的提高工程抢险的应急处置能力。.采用核磁共振的手段，研究了冻土水分迁移的特点，进行含盐冻土试样的水分迁移试验，监测水分在试样内部的迁移变化特征。通过对比不同时刻下试样不同高度的内部水分含量，描述含盐冻土试样在冻结温度场中的水分迁移变化过程，从微细观水平上揭示含盐冻土试样水分迁移的规律。.采用数值分析方法，研究了冻结施工过程，弄清了孔间距、海水渗流速度、循环盐水温度和流量对冻土墙交圈的影响。撰写和发表该部分试验和理论研究成果。参加相关的国际学术交流会议。.综上所述，在研究过程中，引入热电冻结技术，基于热电材料开发了新型冻结器。已刊出论文10篇，其中SCI检索3篇，EI检索4篇。申请发明专利4项，其中已授权2项。其中1项专利已经实施，合同额32万元。培养博士2名，硕士7名。按期完成研究任务，按基金委的要求及时送交有关报告。.