膨润土缓冲回填屏障作为高放废物深地质处置的重要人工屏障,与外部的天然围岩结构形成一个严密的包封体系,阻滞核素向外迁移,保证整个屏障体系的可靠性。缓冲回填屏障一般由膨润土或膨润土混合物通过现场压实,或者采用预制压实砌块现场拼装而成。其中,对于采用预制拼装的屏障结构,砌块与砌块之间、砌块与围岩之间以及砌块与废物处置罐之间都无法实现完全的“严丝合缝”,存在不同形状、不同尺寸的多维度施工接缝。接缝会成为地下水潜在的集中渗流通道,阻滞辐射热向外有效传递,破坏缓冲结构的完整性,恶化屏障的工程性能。论文从工程处置的角度出发,选用三种不同性状的接缝密封材料（膨润土粉末、膨润土泥浆以及膨润土颗粒与粉末混合物/微粒膨润土）,通过室内恒体积膨胀力试验,监测砌块及接缝区膨胀应力的发展过程,解析密封砌块接缝愈合的力学机理,判明影响接缝愈合的主要因素,建立密封接缝-砌块体系的膨胀力预测模型。其次,通过两阶段渗透试验,分析含接缝砌块结构在非饱和阶段的水分运移规律以及饱和渗透性能,并借助X-CT断层扫描图像、热传导系数以及干密度等指标,对密封接缝的愈合程度进行定量分析。最后,借助微观结构分析,提炼接缝愈合的微观机理,筛选出最佳的接缝密封材料。膨胀力试验结果表明,接缝的存在改变了砌块膨胀应力发展的动力学机制,膨胀应力向“低应力区”优先发展。砌块区膨润土首先参与接缝的封闭过程,导致砌块区轴向膨胀应力的发展速度滞后,数值降低,形成“应力补偿”现象。砌块初始干密度越小,掺砂率越高,轴向应力补偿越多,膨胀力数值越低。随着接缝体积的增加,砌块轴向以及径向膨胀力均不断降低,其中,垂直于接缝方向的膨胀力降幅更为显著。在相同的砌块初始干密度和接缝密封条件下,接缝密封材料对砌块的水化进程和渗流路径影响显著。采用膨润土微粒密封的砌块,砌块各向膨胀应力的数值最大,但水化进程最长。采用膨润土干粉进行密封的砌块,水化速度最快,但是轴向应力的滞后现象最显著。采用膨润土泥浆密封的砌块,砌块体系早期膨胀应力发展较快,后期较慢,各向膨胀应力数值最低。膨胀力试验表明接缝密封可以显著改善砌块体系的膨胀性能,缩短接缝-砌块体系的应力调整时间与幅度。将施工接缝仍然看做砌块体系孔隙的一部分,同时考虑接缝密封因素,认为在恒体积条件下,接缝-砌块结构体系的膨胀力均来自于蒙脱石的吸水膨胀并填充全部孔隙,并由此建立了接缝-砌块结构体系的最终膨胀力预测模型（logσ-logem）。数据分析结果表明,砌块-接缝体系的最终膨胀力σ与蒙脱石孔隙比em在双对数坐标下存在单一的线性关系,且与完整砌块试样的变化规律基本一致,模型预测可靠性。由此,可以借助logσ-logem预测模型对缓冲屏障砌块体系的膨胀力以及接缝的相关密封参数进行综合设计和计算。渗透试验表明,接缝密封可以提高砌块体系的抗渗性能。在相同的砌块干密度和接缝充填密度条件下,密封后砌块体系的饱和渗透系数与完整砌块的饱和渗透系数处于同一量级,而未进行密封的干缝试样则较完整样降低一个量级。密封砌块试样的渗透系数与愈后砌块的膨润土孔隙比eb存在指数关系。砌块接缝愈合过程中,相邻砌块区密度降低,接缝区密度提高,砌块与接缝区之间形成一定宽度的过渡区。接缝充填干密度越大,愈合带深度越大,愈合带角度越大,愈合度越高。热传导试验表明,愈后砌块体系的砌块区热传导系数略高于接缝区域,与干密度的分布规律相似。接缝区内部热传导系数数值波动较小,表明密封后接缝愈合比较均匀。接缝的愈合程度与接缝密封材料的初始干密度呈正相关。密封后的接缝区仍然是一条不可忽略的水力通路。受接缝水分迁移路径的影响,愈后砌块体系的接缝区含水率高于砌块区域,同时砌块顶部和底部区域的含水率高于砌块中间区域。接缝区土体越疏松,接缝的水力通路作用更显著。从微观角度来看,密封后的砌块区和接缝区土体已基本“焊接”在一起,分界线基本消失。相较于砌块区域,愈合后接缝区土样的集合体间孔隙分布范围扩大,孔径分布曲线右移,集合体内孔隙数目减少,集合体间孔隙数目增多。CT扫描图像以及三维孔隙结构模型表明,随着试样的水化饱和,砌块区膨润土材料不断向孔隙丰富的接缝区“流动”,进入接缝区域,促进接缝的密实与愈合。接缝区的孔隙数目以及孔隙直径显著高于砌块区域,且在愈合边界仍然存在少数大孔隙,砌块体系无法达到完全的均质化。综合来看,微粒膨润土的密封效果最佳,接缝区土体结构最密实,砌块体系的膨胀性能以及抗渗性能最佳,其次为膨润土粉末和泥浆密封试样。对于未进行密封处理的干缝砌块试样,水化后的接缝区并未实现完全的封闭,存在多条裂隙状二维孔隙,仍然是潜在的水力通路与结构缺陷。