精确的压力控制是决定高密度膨润土缓冲块内部均匀性的基本变量。它确保膨润土颗粒在模具内均匀重排，从而形成高度一致的初始孔隙率分布，这对于可靠的性能至关重要。
核心要点：没有精确的压力调节，膨润土块就会产生内部密度梯度，导致水力行为异常和膨胀不稳定。这些物理不一致性使得样品无法用于验证热-水-力（THM）数值模拟。
颗粒重排的物理学
实现均匀的孔隙率
压缩膨润土的主要目标不仅仅是塑形，而是要控制其微观结构。
精确的压力决定了压实过程中颗粒的重排方式。
这种控制可以实现均匀的初始孔隙率分布，确保颗粒之间的空隙在整个块体中保持一致。
防止密度梯度
如果液压机无法保持精确的力，材料就不会均匀压缩。
这会导致密度梯度，即块体的某些区域比其他区域密度大得多。
这些微观上的不一致性会成为薄弱点，从根本上改变块体与水和应力的相互作用方式。
对水力和力学性能的影响
不均匀的吸力分布
密度梯度直接影响材料的吸水能力。
密度不同的区域吸收水分的速度不同，导致整个屏障的吸力分布不均匀。
局部水分渗透
不均匀的压实会在块体内部形成阻力最小的路径。
这会导致局部快速水分渗透，即流体比预期更快地穿过缓冲块的特定部分，从而损害其密封功能。
不稳定的膨胀力
膨润土因其膨胀和填充空隙的能力而受到重视。
然而，内部密度变化会导致不稳定的膨胀力。
块体不会产生均匀的密封压力，而是会不可预测地施加机械力，这可能会威胁到周围屏障系统的结构完整性。
理解权衡
对实验有效性的影响
压力控制不当最关键的权衡是使研究数据无效。
高密度膨润土块通常用于热-水-力（THM）耦合实验。
这些实验旨在验证数值模拟；如果物理样品存在隐藏的密度缺陷，实验数据将与模拟不符，从而使验证过程不准确。
样品完整性和脱模
除了微观结构，样品的物理处理也需要精度。
如补充材料所述，液压机提供受控的推力，用于安全完整地取出样品。
不精确的压力可能导致样品太松而无法保持形状，或者过度压缩，使得在不损坏核心的情况下从钢套筒中安全挤出变得困难。
为您的目标做出正确的选择
为了确保您的膨润土成型过程产生可用的科学数据，请应用以下原则：
- 如果您的主要重点是数值验证：优先考虑压力精度以消除密度梯度，确保您的物理结果与 THM 模拟模型一致。
- 如果您的主要重点是屏障性能：专注于均匀的颗粒重排，以防止局部快速水分渗透并确保可预测的膨胀力。
在高风险岩土工程中，膨润土屏障的可靠性与其成型所用压力的稳定性一样。
总结表：
| 关键因素 | 精确控制的影响 | 控制不当的后果 |
|---|---|---|
| 微观结构 | 均匀的颗粒重排 | 内部密度梯度 |
| 水力流动 | 一致的吸力分布 | 局部快速水分渗透 |
| 机械力 | 稳定、可预测的膨胀 | 不稳定且不规则的膨胀力 |
| 数据完整性 | 准确的 THM 模型验证 | 无效的实验结果 |
| 样品处理 | 安全完整脱模 | 挤出过程中样品损坏 |
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参考文献
- Yuping Wang, Ying Luo. Numerical Simulation of Thermo-Hydro-Mechanical Coupling of Model Test for Nuclear Waste Disposal. DOI: 10.3390/app15020930
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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