本文選題：土工膜　切入點(diǎn)：膨潤(rùn)土防水毯(GCL)　出處：《蘭州大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：隨著社會(huì)的發(fā)展,城市化進(jìn)程的加快,城市固體廢棄物的處置已經(jīng)成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。目前,城市固體廢棄物的衛(wèi)生填埋處置為最常用的方法。為了防止垃圾滲濾液等有害物質(zhì)對(duì)垃圾填埋場(chǎng)周?chē)h(huán)境的土體和地下水等造成污染,垃圾填埋場(chǎng)處置的首要問(wèn)題就是襯里的防滲。 本文針對(duì)廣泛應(yīng)用于垃圾填埋場(chǎng)襯里系統(tǒng)的土工合成材料,以土工膜(Geomembrane)和膨潤(rùn)土防水毯(Geosynthetic clay liner, GCL)為例,探討了兩種材料的防滲效果及影響因素,初步分析了兩種缺陷材料的滲透機(jī)理及自愈效果。分析了土工膜和GCL試樣所受到的壓力條件、滲透水頭大小以及滲透液對(duì)材料滲透性能的影響。針對(duì)兩種材料的特點(diǎn),在實(shí)驗(yàn)室人工制得存在裂縫缺陷的土工膜和GCL試樣,利用美國(guó)漢堡公司生產(chǎn)的柔性壁滲透儀精確測(cè)量有關(guān)滲透參數(shù)。分析試樣受力狀態(tài)及滲透條件等對(duì)存在裂縫缺陷的土工膜和GCL的單位時(shí)間滲流量的影響,探討有關(guān)機(jī)制。利用掃描電鏡拍攝的圖片,定性分析了土工膜滲透參數(shù)的變化的原因；直觀的說(shuō)明了含水率對(duì)GCL試樣孔隙結(jié)構(gòu)的影響。 本文的主要研究?jī)?nèi)容和取得的研究成果包括： (1)柔性壁滲透儀可以精確測(cè)定復(fù)合土工膜(Composite Geomembrane)試樣在一定時(shí)間內(nèi)的滲透量,是評(píng)價(jià)土工膜防滲性能的有效儀器。復(fù)合土工膜在O.1MPa的有效壓力作用下,滲透水頭在0.1-0.6MPa的變化范圍內(nèi),滲透系數(shù)隨滲透水頭的增大有3種變化趨勢(shì),包括：滲透系數(shù)基本不變；滲透系數(shù)隨滲透水頭的增大而增大；滲透系數(shù)隨滲透水頭的增大而減小。復(fù)合土工膜的厚度和纖維織物的分布是不均勻的,纖維織物有一部分鑲嵌在土工膜內(nèi)部,滲透水頭引起土工膜滲流通道形態(tài)的變化可能是滲透系數(shù)變化的原因之一。 (2)在0.05顯著性水平時(shí),通過(guò)Shapiro-Wilk檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),試驗(yàn)所用復(fù)合土工膜的物理指標(biāo)和力學(xué)參數(shù)指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果符合正態(tài)分布,因此對(duì)于復(fù)合土工膜的測(cè)試評(píng)估,要有一定的樣本容量,以便于利用統(tǒng)計(jì)參數(shù)來(lái)判斷試樣的質(zhì)量?jī)?yōu)劣。試驗(yàn)中所用的復(fù)合土工膜,在0.1MPa滲透水頭時(shí)的滲透系數(shù)和0.6MPa滲透水頭時(shí)單位時(shí)間的滲透量均符合指數(shù)分布,因此可以利用指數(shù)函數(shù)直觀地表征復(fù)合土工膜質(zhì)量的差異。復(fù)合土工膜的測(cè)試是物理、力學(xué)和水力學(xué)參數(shù)的綜合評(píng)價(jià),可以通過(guò)歸一化指標(biāo)、指標(biāo)的無(wú)量綱化、選擇合適的權(quán)重等步驟,最后利用綜合評(píng)價(jià)值來(lái)定量化評(píng)價(jià)土工膜的性能。各個(gè)指標(biāo)權(quán)重的選擇是影響評(píng)價(jià)結(jié)果的重要因素,因此應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況選擇合適的權(quán)重系數(shù)。 (3)針對(duì)存在裂縫缺陷的土工膜,通過(guò)試驗(yàn)室模擬試驗(yàn)分析了裂縫尺寸、限制圍壓(范圍20～100kPa)和滲透水頭(范圍20～100kPa)對(duì)試樣單位時(shí)間滲流量的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,單位時(shí)間滲流量與裂縫的長(zhǎng)度、滲透水頭之間并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。在限制圍壓為20kPa時(shí),當(dāng)試樣的裂縫長(zhǎng)度小于6mm時(shí),單位時(shí)間滲流量并不隨滲透水頭的增大而增大,而是基本保持不變,均小于5.0×10-5cm3/s,單位時(shí)間滲流量的值可能存在較小的波動(dòng)。對(duì)于7mm長(zhǎng)的裂縫來(lái)說(shuō),存在裂縫缺陷的試樣的單位時(shí)間滲流量隨著滲透水頭的增大而增大。對(duì)于試驗(yàn)所用的存在裂縫缺陷的土工膜,在兩側(cè)為透水石的情況下,7mm長(zhǎng)的裂縫可能是一個(gè)單位時(shí)間滲流量變化的臨界值,7mm裂縫土工膜的單位時(shí)間的滲透量較大。同時(shí),單位時(shí)間滲流量還受到限制圍壓大小的影響。 (4)在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得兩種不同滲透性能的GCL飽和滲透系數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律。低滲透性的GCL的原始滲透系數(shù)為10-9cm/s,高滲透性GCL的滲透系數(shù)為10-6cm/s。試驗(yàn)過(guò)程中所用的滲透液為蒸餾水,限制圍壓為20kPa。測(cè)定了GCL試樣在一定圍壓條件下的體積變化情況,分析了試樣的飽和過(guò)程。在反壓飽和過(guò)程中,進(jìn)水管的液面在第一天上升,主要是由于反壓引起；隨后進(jìn)水管的液面變化越來(lái)越小,直至為零。出水管的液面變化類(lèi)似。在18天以后,GCL試樣才在20kPa的反壓力下飽和完全。因此,利用柔性壁滲透儀可以反壓飽和試樣,仍然需要一定的飽和時(shí)間。飽和時(shí)間與試樣的性質(zhì)、反壓力大小等因素有關(guān)。不管兩種GCL材料的初始滲透系數(shù)為多大,在20kPa的限制圍壓條件下,試樣均可能發(fā)生固結(jié)滲流現(xiàn)象,滲透系數(shù)均有一定程度的降低,降低幅度大約為半個(gè)數(shù)量級(jí)。存在貫通裂縫的GCL可以在一定程度上完成自我愈合；以滲透系數(shù)作為檢測(cè)指標(biāo),GCL并不能完全自我修復(fù)。在蒸餾水中,圍壓條件20kPa時(shí),經(jīng)過(guò)2個(gè)月的時(shí)間,試樣的滲透系數(shù)大約為沒(méi)有缺陷時(shí)滲透系數(shù)的2倍。通過(guò)分析滲出液的可溶性離子可知,鈣離子與GCL試樣中的鈉離子發(fā)生了交換吸附或置換,認(rèn)為氯化鈣溶液與膨潤(rùn)土內(nèi)離子發(fā)生反應(yīng)可能是鈉基膨潤(rùn)土防水毯滲透系數(shù)增大的原因。 (5)復(fù)合襯里系統(tǒng)可以充分發(fā)揮土工膜和GCL兩種材料的優(yōu)勢(shì),防滲效果良好。當(dāng)土工膜存在孔洞時(shí),孔洞的面積決定了復(fù)合襯里防滲的總效果。本試驗(yàn)研究的土工膜,直徑為10cm左右,當(dāng)直徑lmm的孔洞數(shù)目為三個(gè)時(shí),土工膜對(duì)復(fù)合襯里的整體防滲效果幾乎沒(méi)有貢獻(xiàn)；同時(shí),復(fù)合襯里的防滲效果還受到外界壓力條件的影響。外界圍壓越大,對(duì)于減少?gòu)?fù)合襯里的過(guò)流面積越有利,可以在一定程度上減少?gòu)?fù)合襯里的滲透系數(shù)。單從防滲效果來(lái)看,當(dāng)土工膜不含有纖維織物時(shí),土工膜與GCL接觸關(guān)系更好,比含有土工織物的復(fù)合土工膜滲透系數(shù)要小。存在孔洞缺陷的土工膜與GCL復(fù)合襯里的滲透系數(shù)和滲透水頭關(guān)系不大。滲透水頭在20kPa到80kPa的變化過(guò)程中,復(fù)合襯里的滲透系數(shù)沒(méi)有變化。綜上所述,復(fù)合襯里的滲透系數(shù)主要受到缺陷面積、土工膜與GCL接觸關(guān)系、圍壓條件的影響。
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【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TU993

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1655545