CN115310026B - 一种考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测方法及*** - Google Patents

一种考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测方法及*** Download PDF

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CN115310026B CN202211243933.4A CN202211243933A CN115310026B CN 115310026 B CN115310026 B CN 115310026B CN 202211243933 A CN202211243933 A CN 202211243933A CN 115310026 B CN115310026 B CN 115310026B
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Abstract

本发明涉及岩土工程及土力学领域，尤其是一种考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测方法及***，其中，一种考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测方法，包括如下步骤：获取待测膨润土的孔隙比；利用所述孔隙比，获取所述待测膨润土的无量纲电势和离子水化能的补偿无量纲电势；根据所述无量纲电势和所述补偿无量纲电势，构建膨润土膨胀力预测模型；通过所述膨润土膨胀力预测模型预测待测膨润土的膨胀力。本发明通过土的物理化学方面理论结合膨润土层间的电荷电势对膨润土膨胀力的贡献，利用膨润土的孔隙比即可对膨润土膨胀力进行精准预测。本发明为高放射性核废物处置库中选择核素迁移的屏障缓冲材料，提供了可靠性高，精准度高的材料选取方法。

Description

一种考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测方法及***
技术领域
本发明涉及岩土工程及土力学领域，尤其是一种考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测方法及***。
背景技术
膨润土具有高膨胀力，低渗透性，高吸附性等特征，因此被世界各个国家优先应用于高放射性核废物处置库中作为核素迁移的屏障缓冲材料。膨润土的膨胀特性是由于其具有特殊的土体结构。为了能够尽最大程度发挥膨润土的膨胀特性和密封特性，将一定含水量的膨润土粉末预先压制成一定初始干密度的膨润土压试样。这些压实的膨润土试样可放置在核废物处置罐和地下围岩之间作为屏障材料，当地下水浸入膨润土时，膨润土遇水膨胀，产生膨胀力，阻止地下水的浸入，同时如果核废物处置罐发生泄露，那么膨润土也会阻止核素迁移到外面。膨润土的膨胀力大小与膨润土的压实程度（即干密度）、含水量、矿物成分等多种因素相关。选用的压实膨润土试样的膨胀力如若太大，可能会对周围岩石产生破坏，进一步诱发地下水的渗透；如果试样的膨胀力太小，则起不到屏障缓冲核废物处置罐的作用；因此需要选用一定范围内膨胀力的膨润土作为缓冲材料，但目前对于膨润土膨胀力的预测多基于经验法，适用性低、预测结果不精准且不具统一性；同时，传统的基于土的物理化学方面理论对膨润土膨胀力的预测仅考虑粘土片间的电荷电势对膨润土膨胀力的贡献，并未考虑膨润土中离子水化后其水化能对膨润土膨胀力的贡献，其预测结果与实际偏差很大。当前，考虑膨润土土体结构特征，并充分考虑离子水化后能量对膨润土膨胀力影响的基于孔隙比的膨润土膨胀力预测方法，尚未有解决方案。
发明内容
针对现有技术的不足，第一方面，本发明提供了一种考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测方法，包括如下步骤：获取待测膨润土的孔隙比；利用所述孔隙比，获取所述待测膨润土的无量纲电势和离子水化能的补偿无量纲电势；根据所述无量纲电势和所述补偿无量纲电势，构建膨润土膨胀力预测模型；通过所述膨润土膨胀力预测模型预测待测膨润土的膨胀力。本发明通过土的物理化学方面理论结合膨润土层间的电荷电势对膨润土膨胀力的贡献，利用膨润土的孔隙比即可对膨润土膨胀力进行精准预测。本发明为高放射性核废物处置库中选择核素迁移的屏障缓冲材料，提供了可靠性高，精准度高的材料选取方法。
可选地，所述获取待测膨润土的孔隙比，包括如下步骤：获取所述待测膨润土的干密度；利用所述干密度，获取待测膨润土的孔隙比，所述孔隙比满足如下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表示待测膨润土的孔隙比，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表示待测膨润土的比重，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表示待测膨润 土的重度，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表示待测膨润土的干密度。
可选地，所述利用所述孔隙比，获取所述待测膨润土的无量纲电势和离子水化能的补偿无量纲电势，包括如下步骤：根据所述待测膨润土的物理特性，构建膨胀力双电层模型；利用膨胀力双电层模型，获取所述待测膨润土的无量纲电势与孔隙比的函数关系；根据所述无量纲电势与孔隙比的函数关系，获得所述待测膨润土的无量纲电势；根据离子水化后所述待测膨润土的微观结构变化，获取离子水化能的补偿无量纲电势与孔隙比的函数关系；根据所述补偿无量纲电势与孔隙比的函数关系，获取所述离子水化能的补偿无量纲电势。
可选地，所述膨胀力双电层模型满足如下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
表示膨胀力，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
表示膨润土孔隙水离子浓度，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
表示玻尔兹曼常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，u表示无量纲电势。
可选地，所述无量纲电势与孔隙比的函数关系满足如下公式：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure DEST_PATH_IMAGE014
表示拟合系数，
Figure 523372DEST_PATH_IMAGE002
表示孔隙比，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
表示双电层系数，
Figure 962443DEST_PATH_IMAGE003
表示待测膨润土 的比重，
Figure 393031DEST_PATH_IMAGE004
表示待测膨润土的重度，S表示待测膨润土颗粒比表面积。
可选地，所述补偿无量纲电势与孔隙比的函数关系满足如下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
表示补偿无量纲电势，
Figure 298670DEST_PATH_IMAGE002
表示孔隙比。
可选地，所述利用膨胀力双电层模型，获取所述待测膨润土的无量纲电势与孔隙比的函数关系，包括如下步骤：设定多个膨胀力值；通过所述膨胀力双电层模型，获取所述膨胀力值对应的无量纲电势和膨润土层间距；获取膨润土层间距与孔隙比的函数关系；利用所述膨润土层间距与孔隙比的函数关系，获取所述膨胀力值对应的孔隙比；利用多组膨胀力值对应的无量纲电势与孔隙比，拟合出待测膨润土的无量纲电势与孔隙比的函数关系。
可选地，所述无量纲电势与孔隙比的函数关系包括：德国Bavaria膨润土的无量纲电势与孔隙比的函数关系，满足如下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE019
表示德国Bavaria膨润土的无量纲电势，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
表示德国Bavaria膨润土的孔 隙比，
Figure 316174DEST_PATH_IMAGE015
表示双电层系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
表示德国Bavaria膨润土的比重，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
表示德国Bavaria膨润 土的重度，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
表示德国Bavaria膨润土颗粒比表面积；西班牙S-2膨润土的无量纲电势与孔 隙比的函数关系，满足如下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
表示西班牙S-2膨润土的无量纲电势，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
表示西班牙S-2膨润土的孔隙 比，
Figure 932838DEST_PATH_IMAGE015
表示双电层系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
表示西班牙S-2膨润土的比重，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
表示西班牙S-2膨润土的重 度，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
表示西班牙S-2膨润土颗粒比表面积。
可选地，所述膨润土膨胀力预测模型，满足如下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE031
，
其中，
Figure 329184DEST_PATH_IMAGE008
表示膨胀力，
Figure 264779DEST_PATH_IMAGE009
表示膨润土孔隙水离子浓度，
Figure 582628DEST_PATH_IMAGE010
表示玻尔兹曼常数，
Figure 989601DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
表示自然常数，u表示无量纲电势，
Figure 506033DEST_PATH_IMAGE017
表示所述补偿无量纲电势。
第二方面，本发明还提供了一种考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测***，包括输入设备、处理器、存储器和输出设备，所述输入设备、所述处理器、所述存储器和所述输出设备相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行本发明第一方面所述的考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测方法。本***结构紧凑，适用性强，极大程度地提高了运行效率，通过考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测方法，快速且精准地实现了模拟膨润土膨胀力预测。
附图说明
图1为本发明考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测方法流程图；
图2为本发明获取的德国Bavaria膨润土的实验测试值、未考虑水化能的预测值和考虑水化能的预测值对比图；
图3为本发明获取的西班牙S-2膨润土的实验测试值、未考虑水化能的预测值和考虑水化能的预测值对比图；
图4为本发明考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测***结构图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。
请参阅图1，在一个实施例中，本发明提供了一种考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测方法，包括如下步骤：
S1、获取待测膨润土的孔隙比。
孔隙比是膨润土土体孔隙体积与土固体体积之比，孔隙比越大，说明孔隙越多，土越不密实。在实际工程中一般用膨润土的干密度（或者孔隙比）和膨胀力的关系来表征膨润土的膨胀力走势，而膨润土的干密度和孔隙比可通过膨润土比重进行相互转换。
在一个可选的实施例中，步骤S1所述的获取待测膨润土的孔隙比，包括如下步骤：获取所述待测膨润土的干密度；利用所述干密度，获取待测膨润土的孔隙比，所述孔隙比满足如下公式：
Figure 222316DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，
Figure 89778DEST_PATH_IMAGE002
表示待测膨润土的孔隙比，
Figure 798977DEST_PATH_IMAGE005
表示待测膨润土的干密度，
Figure 373177DEST_PATH_IMAGE003
表示待测膨润 土的比重，
Figure 650575DEST_PATH_IMAGE004
表示待测膨润土的重度，详细地，所述待测膨润土的重度表示待测膨润土的 密度与重力加速度的乘积。
S2、利用所述孔隙比，获取所述待测膨润土的无量纲电势和离子水化能的补偿无量纲电势。
在一个可选的实施例中，步骤S2所述的利用所述孔隙比，获取所述待测膨润土的无量纲电势和离子水化能的补偿无量纲电势，包括如下步骤：根据所述待测膨润土的物理特性，构建膨胀力双电层模型；利用膨胀力双电层模型，获取所述待测膨润土的无量纲电势与孔隙比的函数关系；根据所述无量纲电势与孔隙比的函数关系，获得所述待测膨润土的无量纲电势；根据离子水化后所述待测膨润土的微观结构变化，获取离子水化能的补偿无量纲电势与孔隙比的函数关系；根据所述补偿无量纲电势与孔隙比的函数关系，获取所述离子水化能的补偿无量纲电势。
在一个可选的实施例中，所述膨胀力双电层模型满足如下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE034
，
其中，
Figure 83962DEST_PATH_IMAGE008
表示膨胀力，
Figure 737797DEST_PATH_IMAGE009
表示膨润土孔隙水离子浓度，
Figure 166504DEST_PATH_IMAGE010
表示玻尔兹曼常数，T表示 温度，单位为开尔文，室温25℃下
Figure 972393DEST_PATH_IMAGE011
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE035
的单位是开尔文，u表示无量纲电 势。对于不同类型的膨润土，其无量纲电势的大小也不同。所述膨胀力双电层模型中并未考 虑膨润土中离子水化后其水化能对膨润土膨胀力的贡献，同时针对不同类型的膨润土，需 利用膨胀力双电层模型，代入对应的参数进行运算，进而获得对应的无量纲电势与孔隙比 的函数关系。
在一个可选的实施例中，所述利用膨胀力双电层模型，获取所述待测膨润土的无量纲电势与孔隙比的函数关系，包括如下步骤：设定多个膨胀力值；通过所述膨胀力双电层模型，获取所述膨胀力值对应的无量纲电势和膨润土层间距；获取膨润土层间距与孔隙比的函数关系；利用所述膨润土层间距与孔隙比的函数关系，获取所述膨胀力值对应的孔隙比；利用多组膨胀力值对应的无量纲电势与孔隙比，拟合出待测膨润土的无量纲电势与孔隙比的函数关系。
在本实施例中，通过所述膨胀力双电层模型，获取所述膨胀力值对应的无量纲电 势和膨润土层间距可通过Olpehen在《thermodynamics of interlayer adsorption of water in clays》一文中提出的
Figure DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure DEST_PATH_IMAGE039
结合膨润土特性获得如下等式：
Figure DEST_PATH_IMAGE041
，
Figure 407922DEST_PATH_IMAGE039
，利用该式可求出y值， 此时y=z，即获得z值，在上式中y表示距离膨润土层x位置处的无量纲电势，此时x=0，z即表 示x=0时y的值，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
是膨润土层间的距离函数，K表示双电层系数，B表示离子交换能量，S表示 待测膨润土颗粒比表面积，
Figure DEST_PATH_IMAGE043
表示真空介电常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
表示相对介电常数，
Figure 475235DEST_PATH_IMAGE009
表示膨润土孔 隙水离子浓度，
Figure 820766DEST_PATH_IMAGE010
表示玻尔兹曼常数，
Figure 66065DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure DEST_PATH_IMAGE045
表示流体介电常数；再通过z值结 合利用所述膨胀力双电层模型代入设定的膨胀力值所获取的u值，根据Olpehen文章中
Figure DEST_PATH_IMAGE047
一式结合膨润土的双层介电函数 等式
Figure DEST_PATH_IMAGE048
，即可获得设定的膨胀力值对应的膨润土层间距，其中双层介电函 数等式中
Figure DEST_PATH_IMAGE049
表示单元电荷量，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
表示膨润土中离子化合价平均数。在本实施例中，膨润土层 间距与孔隙比的函数关系满足如下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE051
，其中，
Figure 192153DEST_PATH_IMAGE002
表示孔隙比，
Figure 187790DEST_PATH_IMAGE003
表示 待测膨润土的比重，
Figure 997615DEST_PATH_IMAGE004
表示待测膨润土的重度，S表示待测膨润土颗粒比表面积。实际工 程中，通过对膨润土基本物理性质测试即可获得待测膨润土的比重、重度、颗粒比表面积等 基本参数。
在本实施例中，所述无量纲电势与孔隙比的函数关系满足如下公式：
Figure 990978DEST_PATH_IMAGE012
，
其中，
Figure 542045DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure 433385DEST_PATH_IMAGE014
表示拟合系数，
Figure 691191DEST_PATH_IMAGE002
表示孔隙比，
Figure 917773DEST_PATH_IMAGE015
表示双电层系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE052
表示待测膨润土 的比重，
Figure 34764DEST_PATH_IMAGE004
表示待测膨润土的重度，S表示待测膨润土颗粒比表面积。不同类型的膨润土 的拟合系数
Figure 309888DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure 687780DEST_PATH_IMAGE014
不同。所述无量纲电势与孔隙比的函数关系结合膨润土层间距与孔隙比 的函数关系，可获得无量纲电势和膨润土层间距的经验表达式，所述经验表达式满足如下 公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE053
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE054
表示膨润土层间距。通过设定多个膨胀力值，并利用 膨胀力双电层模型获取对应的量纲电势和膨润土层间距，利用曲线拟合软件，选定拟合类 型，通过输入无量纲电势和膨润土层间距具体的值，即可获得对应的拟合曲线以及拟合系 数。此时拟合曲线上预测的膨胀力和实际测量获得的膨胀力在低干密度（干密度小于1.5g/ cm3）时误差较小，但是在高干密度（大于1.5g/cm3）误差大。
在一个可选的实施例中，通过上一个实施例所述的用膨胀力双电层模型，获取所述待测膨润土的无量纲电势与孔隙比的函数关系的步骤，获取了以下无量纲电势与孔隙比的函数关系，包括：德国Bavaria膨润土的无量纲电势与孔隙比的函数关系，满足如下公式：
Figure 960629DEST_PATH_IMAGE018
，
其中，
Figure 679816DEST_PATH_IMAGE019
表示德国Bavaria膨润土的无量纲电势，
Figure 555368DEST_PATH_IMAGE020
表示德国Bavaria膨润土的孔 隙比，
Figure 459870DEST_PATH_IMAGE015
表示双电层系数，
Figure 700358DEST_PATH_IMAGE021
表示德国Bavaria膨润土的比重，
Figure 713314DEST_PATH_IMAGE022
表示德国Bavaria膨润 土的重度，
Figure 251611DEST_PATH_IMAGE023
表示德国Bavaria膨润土颗粒比表面积；西班牙S-2膨润土的无量纲电势与孔 隙比的函数关系，满足如下公式：
Figure 338516DEST_PATH_IMAGE024
，
其中，
Figure 77802DEST_PATH_IMAGE025
表示西班牙S-2膨润土的无量纲电势，
Figure 922261DEST_PATH_IMAGE026
表示西班牙S-2膨润土的孔隙 比，
Figure 874037DEST_PATH_IMAGE015
表示双电层系数，
Figure 81027DEST_PATH_IMAGE027
表示西班牙S-2膨润土的比重，
Figure 351734DEST_PATH_IMAGE028
表示西班牙S-2膨润土的重 度，
Figure 808123DEST_PATH_IMAGE029
表示西班牙S-2膨润土颗粒比表面积。在本实施例中，获取了德国Bavaria膨润土和 西班牙S-2膨润土对应的无量纲电势，为后续膨润土膨胀力预测模型预测德国Bavaria膨润 土和西班牙S-2膨润土的膨胀力奠定了基础。
在一个可选的实施例中，膨润土中离子遇水水化时候，会在离子周围形成水膜，使得膨润土层间的间距增大，同时离子水化后有能量释放，进而影响了膨润土的微观结构，当膨润土的膨胀力考虑离子水化能时，所述补偿无量纲电势与孔隙比的函数关系满足如下公式：
Figure 766851DEST_PATH_IMAGE016
，
其中，
Figure 766031DEST_PATH_IMAGE017
表示补偿无量纲电势，
Figure 581541DEST_PATH_IMAGE002
表示孔隙比。
S3、根据所述无量纲电势和所述补偿无量纲电势，构建膨润土膨胀力预测模型。
在一个可选的实施例中，所述膨润土膨胀力预测模型，满足如下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE056
，
其中，
Figure 384281DEST_PATH_IMAGE008
表示膨胀力，
Figure 943438DEST_PATH_IMAGE009
表示膨润土孔隙水离子浓度，
Figure 859441DEST_PATH_IMAGE010
表示玻尔兹曼常数，
Figure 721218DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 417779DEST_PATH_IMAGE032
表示自然常数，本实施例中
Figure DEST_PATH_IMAGE057
取值
Figure DEST_PATH_IMAGE058
，u表示无量纲电势，
Figure 669375DEST_PATH_IMAGE017
表示所 述补偿无量纲电势。该膨润土膨胀力预测模型考虑到膨润土中离子水化后其水化能的水力 耦合场对膨润土膨胀力的贡献，进而利用该贡献对无量纲电势进行补偿，从而削减传统膨 润土膨胀力预测误差，使得预测值与测量值具有更好的一致性。
S4、通过所述膨润土膨胀力预测模型预测待测膨润土的膨胀力。
在一个可选的实施例中，请参见图2和图3，通过步骤S1至S4分别获得了德国 Bavaria膨润土膨胀力预测值和西班牙S-2膨润土膨胀力预测值，其中，德国Bavaria膨润土 的无量纲电势为
Figure 111989DEST_PATH_IMAGE018
，西班牙S-2膨润土的无量纲 电势与为
Figure 472563DEST_PATH_IMAGE024
，可分别简化为，德国Bavaria 膨润土的无量纲电势为
Figure DEST_PATH_IMAGE060
，西班牙S-2膨润土的无量纲电势 与为
Figure DEST_PATH_IMAGE062
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE063
表示德国Bavaria膨润土层间距，
Figure DEST_PATH_IMAGE064
表示 西班牙S-2膨润土层间距。图2为德国Bavaria膨润土的实验测试值、未考虑水化能的预测值 和考虑水化能的预测值，其中考虑水化能的预测值是通过本发明的方法获取的。图3为西班 牙S-2膨润土的实验测试值、未考虑水化能的预测值和考虑水化能的预测值，其中考虑水化 能的预测值是通过本发明的方法获取的。通过图2和图3看出，由于本发明中预测膨润土时 考虑了离子水化能，使得预测值与实验测试值的一致程度相较于未考虑离子水化能的预测 值的一致程度高，即本发明的膨润土膨胀力预测模型对低干密度和高干密度的膨润土的膨 胀力都有良好的预测性能。
本发明通过土的物理化学方面理论结合膨润土层间的电荷电势对膨润土膨胀力的贡献，利用膨润土的孔隙比即可对膨润土膨胀力进行精准预测。同时本发明为高放射性核废物处置库中选择核素迁移的屏障缓冲材料，提供了可靠性高，精准度高的材料选取方法。
请参见图4，本发明还提供了一种考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测***，包括输入设备、处理器、存储器和输出设备，所述输入设备、所述处理器、所述存储器和所述输出设备相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行本发明第一方面所述的考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测方法。本***结构紧凑，适用性强，极大程度地提高了运行效率，通过考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测方法，快速且精准地实现了模拟膨润土膨胀力预测。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取待测膨润土的孔隙比，包括如下步骤：
获取所述待测膨润土的干密度；
利用所述干密度，获取待测膨润土的孔隙比，所述孔隙比满足如下公式：
Figure 904381DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，
Figure 861973DEST_PATH_IMAGE002
表示待测膨润土的孔隙比，
Figure 333405DEST_PATH_IMAGE003
表示待测膨润土的比重，
Figure 387949DEST_PATH_IMAGE004
表示待测膨润土的 重度，
Figure 237700DEST_PATH_IMAGE005
表示待测膨润土的干密度；
利用所述孔隙比，获取所述待测膨润土的无量纲电势和离子水化能的补偿无量纲电势，所述无量纲电势和补偿无量纲电势分别与孔隙比的函数关系满足如下公式：
Figure 10484DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 20028DEST_PATH_IMAGE007
其中，u表示无量纲电势，
Figure 335603DEST_PATH_IMAGE008
表示所述补偿无量纲电势，
Figure 201928DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 665270DEST_PATH_IMAGE010
表示拟合系数，
Figure 665456DEST_PATH_IMAGE002
表示孔 隙比，
Figure 694592DEST_PATH_IMAGE011
表示双电层系数，
Figure 200660DEST_PATH_IMAGE003
表示待测膨润土的比重，
Figure 557823DEST_PATH_IMAGE004
表示待测膨润土的重度，S表示待 测膨润土颗粒比表面积；
根据所述无量纲电势和所述补偿无量纲电势，构建膨润土膨胀力预测模型，所述膨润土膨胀力预测模型对低干密度和高干密度的膨润土的膨胀力都有良好的预测性能，所述膨润土膨胀力预测模型，满足如下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，
其中，
Figure 971487DEST_PATH_IMAGE013
表示膨胀力，
Figure 746807DEST_PATH_IMAGE015
表示膨润土孔隙水离子浓度，
Figure 220513DEST_PATH_IMAGE016
表示玻尔兹曼常数，
Figure 392869DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 220011DEST_PATH_IMAGE018
表示自然常数，u表示无量纲电势，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
表示所述补偿无量纲电势；
通过所述膨润土膨胀力预测模型预测待测膨润土的膨胀力，使得预测值与实验测试值的一致程度相较于未考虑离子水化能的预测值的一致程度高。
2.根据权利要求1所述的考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测方法，其特征在于，所述利用所述孔隙比，获取所述待测膨润土的无量纲电势和离子水化能的补偿无量纲电势，包括如下步骤：
根据所述待测膨润土的物理特性，构建膨胀力双电层模型；
利用膨胀力双电层模型，获取所述待测膨润土的无量纲电势与孔隙比的函数关系；
根据所述无量纲电势与孔隙比的函数关系，获得所述待测膨润土的无量纲电势；
根据离子水化后所述待测膨润土的微观结构变化，获取离子水化能的补偿无量纲电势与孔隙比的函数关系；
根据所述补偿无量纲电势与孔隙比的函数关系，获取所述离子水化能的补偿无量纲电势。
3.根据权利要求2所述的考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测方法，其特征在于，所述膨胀力双电层模型满足如下公式：
Figure 145110DEST_PATH_IMAGE020
，
其中，
Figure 992980DEST_PATH_IMAGE013
表示膨胀力，
Figure 714949DEST_PATH_IMAGE014
表示膨润土孔隙水离子浓度，
Figure 673677DEST_PATH_IMAGE016
表示玻尔兹曼常数，T=298.15， u表示无量纲电势。
4.根据权利要求2所述的考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测方法，其特征在于，所述利用膨胀力双电层模型，获取所述待测膨润土的无量纲电势与孔隙比的函数关系，包括如下步骤：
设定多个膨胀力值；
通过所述膨胀力双电层模型，获取所述膨胀力值对应的无量纲电势和膨润土层间距；
获取膨润土层间距与孔隙比的函数关系；
利用所述膨润土层间距与孔隙比的函数关系，获取所述膨胀力值对应的孔隙比；
利用多组膨胀力值对应的无量纲电势与孔隙比，拟合出待测膨润土的无量纲电势与孔隙比的函数关系。
5.根据权利要求4所述的考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测方法，其特征在于，所述无量纲电势与孔隙比的函数关系包括：
德国Bavaria膨润土的无量纲电势与孔隙比的函数关系，满足如下公式：
Figure 141699DEST_PATH_IMAGE021
，
其中，
Figure 222787DEST_PATH_IMAGE022
表示德国Bavaria膨润土的无量纲电势，
Figure 789642DEST_PATH_IMAGE023
表示德国Bavaria膨润土的孔隙比，
Figure 348799DEST_PATH_IMAGE011
表示双电层系数，
Figure 264802DEST_PATH_IMAGE024
表示德国Bavaria膨润土的比重，
Figure 126579DEST_PATH_IMAGE025
表示德国Bavaria膨润土的重 度，
Figure 557561DEST_PATH_IMAGE026
表示德国Bavaria膨润土颗粒比表面积；
西班牙S-2膨润土的无量纲电势与孔隙比的函数关系，满足如下公式：
Figure 858092DEST_PATH_IMAGE027
，
其中，
Figure 81132DEST_PATH_IMAGE028
表示西班牙S-2膨润土的无量纲电势，
Figure 972864DEST_PATH_IMAGE029
表示西班牙S-2膨润土的孔隙比，
Figure 94404DEST_PATH_IMAGE011
表示双电层系数，
Figure 136309DEST_PATH_IMAGE030
表示西班牙S-2膨润土的比重，
Figure 558063DEST_PATH_IMAGE031
表示西班牙S-2膨润土的重度，
Figure 89539DEST_PATH_IMAGE032
表示西班牙S-2膨润土颗粒比表面积。
6.一种考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测***，其特征在于，包括输入设备、处理器、存储器和输出设备，所述输入设备、所述处理器、所述存储器和所述输出设备相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如权利要求1至5任意一项所述的考虑离子水化能的膨润土膨胀力预测方法。
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