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。     

干湿/冻融循环作用下改良隔离墙的渗透性及孔隙结构

以凹凸棒土为改良隔离墙材料,通过渗透试验分析凹凸棒土掺量、苯酚质量浓度和干湿/冻融循环作用对隔离墙渗透系数的影响,结合核磁共振试验研究隔离墙孔隙结构,讨论凹凸棒土的掺入对干湿/冻融循环作用下隔离墙防渗效果的影响.结果表明：隔离墙渗透系数随凹凸棒土掺量增大而减小,随干湿/冻融循环次数增加而增大,不随苯酚质量浓度变化而变化;凹凸棒土可使干湿/冻融循环作用下隔离墙的渗透系数降低,且随着干湿/冻融循环次数的增加,隔离墙中小孔隙分布减少,中孔隙增多;凹凸棒土可增强隔离墙的防渗效果,亦可抑制干湿/冻融循环作用对其产生的破坏;冻融循环作用对隔离墙渗透系数及孔隙结构的影响大于干湿循环作用.     

GCL膨润土衬垫膨胀量对渗透性能的影响

GCL膨润土衬垫有很好的吸水膨胀性能,作为防渗材料被广泛应用在环境工程和水利工程。在上覆荷载作用下,GCL膨润土衬垫的膨胀量会受到影响。采用膨胀试验和渗透试验研究上覆荷载与膨胀量之间的关系,以及膨胀量对渗透系数的影响。结果表明,随着上覆荷载的增加,GCL膨润土衬垫膨胀量明显减小,荷载超过1000 k Pa后几乎不会发生膨胀现象。GCL膨润土衬垫膨胀量大,防渗性能低,膨胀量达到12 mm时渗透系数增大1个数量级。根据拟合得到的膨胀量与上覆荷载、膨胀量与渗透系数的关系式,计算了不同堆载高度下的膨胀量和渗透系数,GCL膨润土衬垫上部铺设0.2 m的砂土,能大大提高安全性。     

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。     

垃圾填埋场工程防渗技术的设计与施工

浙江省仙居县生活垃圾填埋场工程设计选用的主要防渗材料包括天然黏土和人工合成土工膜防渗衬层等。介绍了该工程主库区、封场覆盖、调蓄池、渗沥液导排系统和垃圾挡坝工程的防渗结构设计,以及GCL土工聚合黏土衬垫与HDPE土工膜的关键施工技术。     

我国四类衬垫系统防污性能的比较分析

对我国填埋场采用的四类衬垫进行了防污性能的比较分析。评价参数包括渗漏率、污染物击穿时间及衬垫系统底部浓度值。除了2m压实黏土衬垫(CCL)外,其余3种均为包含土工膜(GM)的复合衬垫。分析模型采用了污染物通过有缺陷膜复合衬垫的一维运移解析解。以镉离子(Cd2+)为渗滤液中重金属离子的代表;以苯为其中挥发性有机污染物的代表。研究表明土工复合膨润土垫(GCL)复合衬垫的渗漏率最小,2m黏土最大,两者的差别可在3～5个数量级。GCL复合衬垫对重金属离子具有较好的防污性能,尤其是在高水头及复合衬垫接触较差的情形。厚度较大的2m黏土对挥发性有机污染物的防污性能较好,其击穿时间要比GCL复合衬垫大2～3个数量级。随着水头的增大,CCL复合衬垫的防污性能逐渐地优于2m黏土。在10m水头作用下,CCL复合衬垫底部的100年浓度可比2m黏土小近一个量级。单层膜衬垫的防污性能较差,不适合作为填埋场的衬垫系统。控制填埋场复合衬垫的施工质量和渗滤液水头尤为重要。     

冻融循环条件下GCL防渗垫与宽级配砾质土接触面抗剪强度试验研究

季节性冻土区垃圾填埋场封场复合防渗系统会受到冻融环境的影响。在冻融循环条件下,作为复合防渗系统保护层的宽级配砾石土与GCL(土工合成材料膨润土垫)接触面的抗剪强度性状至关重要。文中采用直剪仪测定了经室内不同冻融循环作用的复合防渗系统的防渗垫GCL与宽级配砾石土(保护层)之间的抗剪强度,分析了二者接触面抗剪强度与冻融循环次数的关系及其变化规律。试验结果表明,宽级配砾质土与GCL接触面的抗剪强度随冻融循环次数的增加而减小;相同冻融温度条件下,GCL质量含水率对接触面的抗剪强度的影响比较显著,接触面的抗剪强度随GCL质量含水率的增大而减小;随着冻融循环次数增加,接触面的粘聚力逐渐下降,内摩擦角有减小趋势,但降幅较小;宽级配砾质土与GCL接触面强度大于粘土与GCL接触面强度。     

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...     

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。     

冻融和干湿循环对废玻璃混凝土耐久性能的影响研究

研究了冻融循环、干湿循环、冻融循环+干湿循环、冻融-干湿耦合循环对不同替代率废玻璃骨料混凝土耐久性能的影响。结果表明：与未冻融、未干湿试件相比,经历冻融循环、冻融循环+干湿循环、冻融-干湿耦合循环试件的抗压强度降低、质量损失率增大,而经历干湿循环试件的抗压强度提高、质量损失率减小;不同损伤机制对废玻璃混凝土耐久性能的影响程度由小到大顺序为干湿循环<冻融循环+干湿循环<冻融循环<冻融-干湿耦合循环。     

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。     

粘土环境岩土工程特性对填埋场衬垫防渗标准的影响

采用溶质运移的一维迁移模型,研究了粘土环境岩土工程特性对填埋场衬垫防渗标准的影响,对目前采用的填埋场粘土类衬垫防渗设计标准及其有效性进行了多参数组合的计算分析;此外,还比较了粘土衬垫与复合衬垫对污染物离子的防渗阻隔性能,对土工膜在衬垫中的作用进行分析;研究表明,应针对不同地区的情况(干旱少雨或多雨等)考虑衬垫的形式。与其他因素相比,粘土的渗透系数对衬垫层渗漏影响最大,以水力渗透系数作为填埋场粘土衬垫的设计标准是可行的,但离子扩散系数的影响也不可忽略;而增强粘土的活性,提高粘土吸附离子的性能,则可延长离子通过衬垫的击穿时间;与单纯的粘土衬垫相比,复合衬垫对离子具有更好的阻隔性能,故在南方多雨地区宜采用复合衬垫;而用污染物的渗漏总量作为填埋场衬垫的设计标准比击穿时间更合理。     

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。     

干湿-冻融交替作用下混凝土受硫酸盐侵蚀研究

冻融循环、干湿循环及硫酸盐侵蚀是影响混凝土耐久性能的重要因素。分别采用单一干湿循环、单一冻融循环、干湿-冻融交替循环3种方法,研究混凝土在水和不同浓度硫酸盐溶液(1%、5%、10%)中的耐久性能指标,包括质量损失率和相对动弹性模量。研究发现,干湿循环和冻融循环作用效应并非简单叠加,而是超叠加效应,两者相互促进,共同作用,干湿-冻融交替作用下混凝土劣化最快。硫酸盐浓度对混凝土耐久性能影响显著,硫酸盐浓度越大,干湿-冻融后混凝土相对动弹性模量越低,混凝土损伤越严重。     

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。     

干湿循环对硬黏土的土水特性影响规律研究

 为了客观评估高放核废物地质处置库开挖建设和封存初期围岩面临的非饱和岩土力学问题,针对一种高放核废料储存介质(硬黏土)开展不同干湿循环试验,研究该材料的土水特性变化规律。基于湿度控制吸力方法,研制黏土非饱和测量系统,利用该系统对硬黏土进行不同干湿循环试验,对比分析干湿循环次数和基质吸力变化梯度对硬黏土的土水特征曲线的影响。研究结果发现：干湿循环次数对这种硬黏土的土水特征曲线影响较大,基质吸力变化梯度影响则很小。同时,结合不同干湿循环条件下硬黏土核磁共振细观测试结果,分析出干湿循环和基质吸力对硬黏土的土水特性影响机制。通过分析不同干湿条件下硬黏土的含水分布特征,定量出该硬黏土干湿过程不同孔径内含水变化,揭示其不同孔径含水量等比例变化与水的吸附状态密切相关,为深入理解硬黏土干湿循环过程土水特征曲线变化规律提供试验依据,为高放核废物地质处置围岩水力特性评估奠定试验基础。     

不同循环模式条件下膨胀土的力学特性变化规律及其物理机制研究

北疆寒旱区复杂的环境因素是膨胀土渠坡劣化的重要原因，并由此诱发膨胀土渠坡发生滑动破坏现象。为深入研究寒旱区膨胀土渠坡的劣化机理，通过对膨胀土进行三种不同循环模式下的直剪、压缩、渗透及扫描电镜试验，从宏-微观角度分析其力学特性规律并揭示其物理机制。试验结果表明：(1)直剪试验：不同循环模式作用下的膨胀土黏聚力均随循环次数的增加均呈逐渐减小的趋势，干湿-冻融循环减小幅度最大，干湿循环次之，冻融循环最小，内摩擦角变化幅度不大，基本上处于稳定值；膨胀土经过循环后，裂隙的增多使颗粒间的联结被破坏，降低了颗粒间的胶结作用，致使抗剪强度降低。(2)压缩试验：随着循环次数的增加，稳定孔隙比呈下降趋势，表明土体的压缩性增强，同条件下干湿-冻融循环压缩性指标变化幅度最大，冻融循环变化最小；不同循环模式条件下，干湿循环使颗粒破损严重，土颗粒间胶结力下降，导致土颗粒骨架发生变化且无法恢复，压缩性增大，冻融循环过程中试样中的自由水冻结使得孔隙增加，土颗粒被冰晶挤压形成新的骨架结构，孔隙比减小但整体变化不大，其中微观孔隙率及颗粒定向频率是影响压缩指标的主要因素。(3)渗透试验：渗透系数在循环过程中变化分为缓慢、迅...     

粉煤灰对混凝土干湿循环抗冻性能的影响

研究了粉煤灰对混凝土在干湿循环条件下的抗冻性能的影响。试验分别在粉煤灰掺量为:0%、15%、30%、45%的条件下,测试C30混凝土干湿-冻融循环后的强度与质量损失变化,结果表明,粉煤灰掺量为15%时,混凝土在干湿循环条件下的抗冻性最好,并且可以明显观察出干湿—冻融循环对混凝土的破坏大于混凝土单独受冻融循环破坏,粉煤灰的掺入量越大混凝土的质量损失越大。     

膨润土中饱和渗透系数的计算

 当土工合成黏土衬垫用作垃圾填埋场衬垫时，渗滤液可能对其渗透性能产生重要的影响。为克服渗透试验可重复性差和试验时间长等缺点，从微观角度对土工合成黏土衬垫的饱和渗透系数进行研究。首先，以现有的膨润土微观结构的研究成果为基础，结合SEM方法对膨润土微观结构的分析结果，得出粒内孔隙比随CaCl2溶液浓度的变化规律。然后，将膨润土看作双重孔隙介质，推导出粒间孔隙内凝胶态蒙脱石矿物层间距离的计算公式。最后，根据Poiseuille定律，得到能够考虑CaCl2溶液浓度和孔隙比变化的膨润土饱和渗透系数的改进计算方法，并通过计算渗透系数与实测值的比较验证了这种渗透系数计算方法的有效性。结果表明，膨润土饱和渗透系数的变化是由表观孔隙率和凝胶体蒙脱石层间距离的共同作用引起的。     

桐油和糯米汁改良土体防渗性和耐久性的研究

利用桐油防渗性好、易于氧化成膜的特性和糯米汁黏糊度高的特点,将桐油和糯米汁按适当比例添加到粉土、黏土和BS土(粉土中添加15%膨润土)中。改良后土体的平均渗透系数均大幅减小,达1～2个数量级,说明桐油和糯米汁对多种土类均有效。同时采用渗滤液和柴油进行渗透试验,渗透系数无明显变化,表明桐油形成的高分子膜比较稳定,没有被侵蚀或溶解;干湿循环作用后改良土的强度衰减得到减缓。总体而言,在合适配合比下,桐油和糯米汁能显著提高土体的防渗性和耐久性。