竖向应力作用下GCL的膨胀特性和渗透性能

近年来,土工织物膨润土垫(GCL)被越来越多地应用到各种防渗工程之中,它的防渗有效性也成为了设计人员和研究人员所关注的焦点。GCL的防渗有效性包括渗透性能、吸附能力和内部剪切强度三个方面。通过水化膨胀试验和渗透试验研究了GCL在竖向应力作用下的膨胀特性和渗透性能,并分析了正应力和加压水化顺序的影响。试验结果表明:(1)随着竖向应力的增大,GCL的膨胀量不断减小,而GCL的渗透系数则出现先减小后略有增大的规律;(2)水化加压顺序对GCL的膨胀量和渗透系数均有影响;(3)在实际工程应用中,GCL铺设完成后在堆载之前最好完全水化,这样能够大大提高GCL的防渗有效性。     

利用膨润土的膨胀和稠度特性对GCL渗透系数进行预测的试验研究

以土工合成粘土衬垫(Geosynthetic Clay Liner,GCL)在尾矿库防渗层中的应用为背景,研究不同浓度重金属离子(Cu和Zn)作用下,膨润土的自由膨胀量、液限及GCL渗透系数的变化规律,并分析它们之间的对应关系。试验结果显示,当重金属离子浓度在0.01mol/L到0.1mol/L之间递增时,膨润土的自由膨胀量和液限会随着重金属离子浓度的增大而大幅度减小,但当重金属离子浓度从0.1mol/L增加到0.5mol/L时,膨润土的自由膨胀量和液限则只有微小变化。在渗透试验中,当渗透溶液中重金属离子浓度小于0.01mol/L时,GCL的渗透系数能够保持稳定;但当重金属离子浓度大于0.02mol/L后,GCL的渗透系数会随着渗透溶液中重金属离子的浓度增加而不断升高。研究结果表明,当尾矿库渗滤液中重金属离子浓度大于0.02mol/L时,GCL的渗透系数与膨润土的自由膨胀量和液限之间具有良好的数学对应关系,可以利用自由膨胀量和液限对渗透系数进行预测。     

冻融-干湿循环作用下土工合成黏土衬垫防渗性能变化规律

土工合成黏土衬垫(Geosynthetic Clay Liners,GCL)是废弃物处置场底部衬垫系统和上部覆盖系统建设中经常使用的一种材料。由于气候的周期性变化对GCL的防渗性能会造成一定的影响,分析了冻融循环和干湿循环作用下GCL渗透系数变化的内在机制及规律。膨润土黏土粒径及双电层变化是影响GCL渗透系数改变的主要原因,冻融循环对GCL防渗性能的影响较小,而干湿循环对GCL渗透系数的影响较大。     

赤泥渗滤液对改性GCL防渗性能的影响

旨在评价商用土工合成材料黏土衬垫(GCL)用于阻隔赤泥渗滤液的有效性.赤泥渗滤液作用下GCL的防渗特性是评价其防污性能的关键因素.以商用改性GCL中膨润土为研究对象,通过自由膨胀试验,研究了4种赤泥渗滤液中膨润土的自由膨胀指数.以商用改性GCL为研究对象,通过改进滤失试验,研究了4种赤泥渗滤液作为渗透液作用下GCL渗透...     

膨润土防水毯在渗滤液环境下防渗性能的测试应用研究

膨润土防水毯作为一种优异的防渗材料,国内暂无其在渗滤液环境下的渗透性能报道。本文拟配置性能组分稳定的代表性合成渗滤液作为实际渗滤液的替代试验介质,研究合成渗沥液对膨润土原料膨胀性能和滤失性能的影响,测试在合成渗滤液环境中,不同压力和温度条件下膨润土防水毯的渗透系数,以此为垃圾填埋工程和其他固废填埋工程使用膨润土防水毯作为防渗衬垫提供指导。     

土工合成材料膨润土衬垫及其应用

土工合成材料膨润土衬垫(GCL)是20世纪90年代中期在国际上出现的一种新型土工合成材料,它是由膨润土外覆土工织物或土工膜,通过针刺、粘结或缝合而制成的一种复合防渗材料(图1)。GCL的防渗性能介于压实粘土衬垫(CCL)和高分子材料土工膜之间。GCL具有施工简便,防渗性能、自愈性、耐久性良好和造价低的特点,可在不同的工程中采用相同的材料．既可解决粘土稀少地区的防渗材料问题,又可克服CCL的施工难度大的缺点。     

水泥固化体淋滤液对GCL防渗性能的影响

水泥固化/稳定化是危险废弃物处理的经济、高效方法,然而,水泥固化体的淋滤液中含有大量Ca~(2+),其长期渗透有可能导致填埋场底部土工合成黏土衬垫(geosyntheticclayliner,GCL)的防渗性能下降,从而引发二次污染。使用柔性壁渗透仪,测定有效应力和水泥固化体淋滤液共同作用下GCL的渗透系数,探讨了淋滤液浓度以及不同有效应力对GCL渗透系数的影响。试验结果表明:当有效应力为24kPa时,水泥固化体淋滤液的持续渗透会使GCL的渗透系数增大179～721倍,淋滤液中Ca~(2+)浓度越高,GCL渗透系数增大的幅度越大。通过增加有效应力,可以降低固化体淋滤液对GCL防渗性能所造成的负面影响,当有效应力增大至438 kPa时,固化体淋滤液对GCL防渗性能所造成的负面影响全部被抵消。     

膨润土防水毯渗透性能实验研究

采用特定pH值的多级浓度Pb~(2+)溶液,对膨润土进行了自由膨胀量测试,同时以Pb~(2+)溶液作为水化液,对膨润土防水毯(GCL)的渗透系数进行了测试,指出GCL铺设时应注意强酸性和高离子浓度工程环境对GCL抗渗性能的影响。     

GCL对铜离子吸附和隔离性能试验研究

采用蒸馏水和0.01 mol/L铜离子溶液分别水化钠基膨润土防水毯(以下简称GCL)进行渗透试验,并用0.01 mol/L铜离子溶液代替蒸馏水测试GCL渗透系数和渗滤液中铜离子浓度;分析了不同水化处理对GCL吸附铜离子和防渗性能的影响。结果表明:不同水化方式预水化的GCL对铜离子都具有优异过滤效果,两种水化方法对铜离子过滤能力都达到99%以上;相比于0.01 mol/L铜离子溶液直接水化,蒸馏水预水化后GCL吸附性能较好,但防渗性能随着时间的增加而变差。     

土工膜/GCL界面剪切强度特性的试验研究

土工复合膨润土垫(GCL)是一种新型复合材料,其良好的防渗隔气功能以及抗张拉的能力使其与HDPE土工膜(GM)的联合使用在填埋场具有广泛的应用前景,但GM/GCL界面较低的剪切强度易导致填埋场衬垫系统等失稳。利用大尺寸界面直剪仪进行三种不同土工膜与GCL界面的剪切试验,重点研究GCL不同加载水化顺序对膨润土挤出及界面强度的影响。试验结果表明:干燥状态下,粗糙土工膜/GCL界面的峰值强度较大于光滑土工膜/GCL界面的峰值强度,但粗糙土工膜/GCL界面表现出强烈的应变软化特性,其残余强度接近于光滑土工膜/GCL界面的强度;不同加载水化顺序是影响膨润土挤出的重要因素,并严重影响界面剪切强度;膨润土挤出造成粗糙土工膜/GCL界面的峰值摩擦角降低3.5°,大位移摩擦角降低7.6°,接近光滑土工膜/GCL界面的摩擦角。     

CaCl_2作用下PAC改良膨润土滤饼的渗透特性研究

膨润土在盐溶液作用下化学相容性降低,严重影响膨润土系隔离墙的防渗性能。PB为提高膨润土在盐溶液作用下的防渗性能,通过将2%的聚阴离子纤维素(PAC)与钠化膨润土(CB)直接拌合,制备一种聚合物改良膨润土(PB)。基于改进滤失试验测试不同压力下受CaCl_2溶液和蒸馏水作用的PB滤饼渗透系数(分别为kc和kw)。结果表明,随CaCl_2浓度增大,PB试样的滤失液体积和滤饼渗透系数增大,但PB试样滤失液体积始终小于规范限值(25m L)。在试验溶液浓度范围内,PB滤饼渗透系数小于未经改良的CB滤饼渗透系数。相同有效应力作用下,随CaCl_2浓度增大,PB滤饼含水率w降低,导致孔隙比虽减小,PB但渗透系数增大;而有效应力的增长可抵消一部分化学溶液对滤饼渗透系数的影响。当CaCl_2浓度≤60 m M时,PB的kc/kw10,其渗透系数无明显增长,表明采用PAC对膨润土进行改良,可有效提高盐溶液作用下膨润土滤饼的防渗性能。     

预筛分细料-膨润土渗透性能研究

以建筑垃圾预筛分细料、膨润土为研究对象,研究膨润土掺量、种类对其渗透系数的影响,从而为建筑垃圾预筛分细料作为土-膨润土材料可行性提供理论依据。结果表明,相同膨润土掺量下,随固结压力增大,预筛分细料-膨润土渗透系数随之减小,因此当膨润土膨胀性能较差或者母土颗粒粒径较大可通过增加膨润土掺量大大降低预筛分细料-膨润土渗透系数,从而满足竖向隔离墙设计标准要求;膨润土掺量相同时,由于蒙脱石含量不同,相同固结压力下怀俄明膨润土的渗透系数明显比高庙子膨润土小,渗透性能优于高庙子的;试验为建筑垃圾预筛分细料以及质量较差膨润土的综合利用提供了可行性和新思路。     

盐溶液作用下压实膨润土体变性能研究

膨润土因其特殊的理化性质被优选用于部分工程领域中,在外界环境耦合作用下,性能发生转变会给工程安全带来隐患。以商用钠基膨润土为研究对象,开展蒸馏水、NaCl、KCl、CaCl₂四种溶液作用下的膨润土膨胀—压缩体变试验,研究溶液类型、浓度、初始荷载对膨润土膨胀变形和压缩性能的影响。结果表明：膨润土膨胀变形随溶液浓度及上覆荷载的增大而降低,由于K⁺水化能较低并且在与蒙脱石发生阳离子交换之后产生K-键,使得三种盐溶液对膨胀变形的影响在不同浓度下有一定差异;膨润土压缩变形曲线同膨胀变形曲线相同,具有三阶段特征,且达到压缩稳定状态所用的时间随荷载等级增大而降低;Na、Ca盐溶液浸泡下,膨润土试样的压缩系数均随上覆应力增大先升高后降低,而KCl溶液作用下其压缩系数一直降低。引入盐溶液作用下的修正有效应力,结合分形理论,对分级加载稳定后的膨润土体变性能进行表征,发现膨润土的体变曲线之间近乎平行,符合e-p_e分形关系。     

影响GCL防渗性能因素分析

钠基膨润土防水毯(以下简称GCL)在国内已应用20多年,但GCL的生产和使用存在一些疏忽,影响了GCL的防渗性能和使用效果。通过对编织布、膨润土粒径、施工搭接,以及测试方法等方面存在的问题进行分析,阐明这些因素对GCL防渗性能以及测试的影响。研究结果表明:圆织编织布不宜用于防渗要求严格的GCL的生产;以GCL为主防渗层的工程,应该使用粉末型GCL;GCL检测应将由于编织布不平整导致的缺土现象列入检测指标;施工中处理GCL搭接区域阻断无纺布导渗作用的措施应有效可靠。     

关于膨润土防水毯防渗性能及稳定性的影响因素分析

总结了钠基膨润土防水毯（GCL）的防渗机理,从膨润土质量特性、渗透液水质、干湿循环、冻融循环等方面对GCL防渗性能及服务期稳定性的影响因素进行了论述,希望对改善防水毯性能研究提供参考。     

有机污染物在完好三层复合衬垫中的扩散分析

为了研究有机污染物在土工膜(GM)+土工复合膨润土衬垫(GCL)+土体保护层(AL)三层衬垫中运移规律,建立了有机污染物在GM+GCL+AL三层衬垫中的一维扩散模型。有机污染物在土工膜上的扩散假设为稳态运移,得到了模型的解析解。通过与已有解析解的比较计算,验证了该模型的合理性。基于文中模型,分析了AL的厚度对有机污染物在GM+GCL+AL三层衬垫中运移的影响并探讨了GM+GCL+AL衬垫与GM+CCL衬垫之间的等效性。结果表明增加AL的厚度可以有效减少GM+GCL+AL三层衬垫底部有机污染物通量。在文中的计算条件下,GM+GCL+2 m以上的AL衬垫可代替标准的GM+0.75 m CCL复合衬垫。     

膨润土改性天然粘土渗透性的试验研究

膨润土具有很好的防渗和吸附性能,在粘土中加入一定量的膨润土可以进一步降低粘土的渗透性。本文研究了膨润土掺入量和压实干密度对粘土渗透性能的影响。试验结果表明膨润土掺入含量为8％（重量百分比）左右时,混合土样的渗透系数最小。压实干密度是决定土样渗透性的主要因素,但当其达到某一临界值时,其增大对渗透性的影响减小。随着压实干密度的增大,渗透系数对膨润土掺入量的敏感程度降低。     

水化针刺GCL剪切破坏机理的试验研究

土工膨润土防水毯(GCL)的内部剪切强度是影响复合防渗衬里边坡稳定性的关键因素,加筋纤维的存在使针刺GCL的内部剪切强度明显高于非加筋GCL。含水化GCL的复合防渗衬里结构剪切试验会发生应力小峰值现象,但大都被研究人员忽视;加筋纤维对GCL峰值剪切强度的贡献处于定性阶段。通过开展GCL内夹钠基膨润土的饱和剪切试验和理论分析,证实应力小峰值现象为水化针刺GCL应力位移曲线的固有特征,并且小峰值应力代表了GCL内夹膨润土的抗剪强度贡献。以应力位移曲线上的应力小峰值现象为基础,将加筋纤维对GCL峰值剪切强度的贡献定量化,结合破坏机理分析了针刺GCL内部剪切破坏和应力位移发展过程。考虑针刺GCL剪切强度各部分贡献,提出了一种能反映针刺GCL破坏机理的峰值强度准则。     

低黏土矿物含量泥岩浸水膨胀变形的试验研究

针对兰新二线地基中低黏土矿物泥岩分别进行了现场原位和室内原状及重塑样的浸水-加荷膨胀变形试验,得到了现场0.7 m浸水深度下上覆荷载与膨胀变形的关系以及室内不同上覆荷载下泥岩原状和重塑试样的膨胀变形特性。试验及分析结果表明:此处地基泥岩虽无蒙脱石,但具膨胀性;在不同上覆荷载(9.75,38.99,58.49,77.99 k Pa)下的现场原位泥岩浸水试验过程中,泥岩地基的膨胀变形表现出二次曲线特性;上覆荷载为9.75 k Pa时,地基膨胀变形量最大为40.94 mm。在不同上覆荷载情况下的室内泥岩浸水试验中,室内原状土样膨胀变形规律也近似为二次曲线;在无上覆荷载情况下,原状土样最大膨胀变形值为1.98 mm。由于土样内部结构受到扰动,重塑土变形特性与原状土差异很大;在无上覆荷载情况下,重塑土随着干密度增大,膨胀变形增大;随着含水率减小,膨胀变形增大;在无上覆荷载时,含水率为8%、干密度为1.7 g/cm3时的最大膨胀变形值最大,为1.37 mm;在一定荷载情况下,重塑土直接表现出压缩固结的变形特性。     

膨润土对混凝土抗渗透性能影响的研究

为研究膨润土对混凝土抗渗透性能的影响,测试了不同试验条件下混凝土气体渗透系数和电通量,分析了混凝土抗气体渗透性能和抗氯离子渗透性能的相关性,并利用扫描电子显微镜观察了内掺膨润土混凝土的微观结构。研究表明:膨润土掺量在0~8%范围内,混凝土的气体渗透系数与电通量均先降低后升高,当膨润土掺量为4%时,混凝土气体渗透系数和电通量最低;适当降低水胶比可以有效改善混凝土抗气体渗透和抗氯离子渗透性能;混凝土气体渗透系数与电通量显著正相关;微观分析表明:掺膨润土混凝土的抗渗透性能可能与水化硅酸钙凝胶体系内孔隙的填充和C-S-H之间的连接程度有关。