宽级配砾质土作为垃圾填埋场GCLs防渗衬垫保护层的保水性能研究

【摘要】随着经济发展与社会进步,防渗技术也在不断创新,土工织物膨润土垫(GCLs)等土工复合防渗材料以其防渗效果好、易施工等特点已逐渐被推广应用。将GCLs单独应用于垃圾填埋场防渗工程中时存在着诸多缺陷,故规范中要求采用一定厚度的粘土作为GCLs/GM防渗衬垫的保护层,以弥补其不足。然而,粘土材料也存在着资源匮乏、易受干-湿循环影响产生开裂以及抗剪强度低等问题。已有的国内外研究成果显示,水化后的GCLs气体与液体防渗性能优越且干-湿循环作用对GCLs的防渗性能影响非常显著。众所周知,西北干旱-半干旱地区的垃圾填埋场覆盖层长期处于干-湿与冻-融交替循环的特殊环境中,处于干燥状态的GCLs其渗透系数会迅速递增,而处于饱水状态的GCLs其防渗能好但抗剪强度低。鉴于此,本文采用宽级配砾质土代替粘土作为垃圾填埋场GCLs/GM防渗衬垫的保护层,探索利用其抗剪强度高、保水性能好、压实后渗透系数可以满足规范要求的特点,以改善GCLs工作性状。在整理并总结国内外已有研究成果的基础上,主要进行了以填埋场复合防渗系统为背景的作为GCLs保护层的宽级配砾石土的保水性能界定；利用大尺寸剪切设备测定了宽级配砾质土的抗剪强度；采用人工土柱模拟取自当地经人工调配的宽级配砾石土样的蒸发规律；采用压力膜仪法测定了干-湿循环后土壤水分特征曲线；采用理论公式计算了非饱和宽级配砾石土的渗透系数等一系列定量的试验与理论研究工作。并将所得的宽级配砾质土相关研究结果与有关文献中粘性土的研究成果进行了对比分析。研究表明：(1)宽级配砾质土抗剪强度良好,内摩擦角290,粘聚力为11.94kPa,强度明显优于典型压实粘土。(2)作为GCLs保护层的土料应具有该特定条件下的三个典型特征,即：①容易使得天然降水入渗；②拥有较高的储水能力并且容易被GCLs利用：③水分不易在强烈的地表蒸发力下散失。(3)通过人工土柱模拟蒸发的方法,探讨了压实宽级配砾质土不同初始含水率、不同时问的蒸发规律,随着深度的增加土壤蒸发速率减缓,随着试验时间增长,土壤各层含水率都有所降低。依据土柱剖面含水率的差异大小将土壤深度分为三个区间,即：①0-10cm为失水剧烈区间,层间含水率差异极大；②10-20cm为失水强烈区间,层间含水率差异减小；③大于20cm为整体失水区间,土层间的含水率差异不明显。(4)利用压力膜仪测定了0-3次干-湿循环后宽级配砾质土的脱湿土壤水分特征曲线,随着干-湿循环的进行,宽级配砾质土在低吸力下开始快速失水,400kPa时含水率逐渐减小,降幅缩小。采用Fredlund3参数模型与vanGenuchte模型拟合,结果显示二者均适用于压实宽级配砾质土,后者精度略优。并通过vanGenuchten-Mualem模型计算了宽级配砾质土的非饱和渗透系数,得出了宽级配砾质土的保水能力强于粘土的结论。以上研究结果可以为当地垃圾填埋场复合防渗系统的设计提供参考依据。
【作者】李雨佳；
【导师】王红雨；
【作者基本信息】宁夏大学，水利水电工程，2014，硕士
【关键词】宽级配砾质土；抗剪强度；土壤水分特征曲线；vanGenuchte模型；非饱和渗透系数；

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