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。     

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。     

膨胀土渗透性室内试验与非饱和渗透系数预测

考虑大气作用的影响,用室内试验的方法模拟自然条件下膨胀土渗透特性的变化过程,并采用Fredlund和Xing法对非饱和膨胀土的渗透系数进行预测分析。研究结果表明,干湿循环作用导致膨胀土渗透性逐渐增强,揭示了膨胀土堑坡大气影响深度的演化规律,研究结果可为工程设计和数值计算的参数取值提供参考。     

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Ca²⁺,其长期渗透有可能导致填埋场底部土工合成黏土衬垫（geosynthetic clay liner,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24 kPa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Ca²⁺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。     

约束状态对高庙子膨润土的水力学特性的影响

在我国核废料深地质处置中,高庙子膨润土作为首选缓冲回填材料,起着阻隔核素迁移的作用。高压密膨润土填充于核废料包装罐与围岩之间,在水化初期和水化后期分别处于自由膨胀和侧限状态。因此,认识其在这两种约束状态下的水力学特性是十分重要的。为了加深对高庙子膨润土水力学特性的认识,对其分别进行了自由膨胀和侧限状态下的土水特征测定试验、微观结构测定试验和非饱和渗透系数测定试验。最后在以上试验结果的基础上,分析了约束状态的不同对高庙子膨润土水力学特性的影响。     

高庙子膨润土的土水特征曲线与渗透系数

在土水特征测定试验的基础上,分析了历史上提出的各种模拟土水特征曲线的方程与试验结果的拟合程度.在非饱和渗透系数试验结果的基础上,分析了由分维理论得到的非饱和渗透系数模拟方程与试验结果的拟合程度.得出以下结论:Fredlund and Xing土水特征曲线方程对于试验结果有较好的模拟效果;Brooks和Corey土水特征曲线方程与试验结果的曲线形状更为接近,但在模拟接近309MPa的吸力段的土水曲线时与试验结果有偏差.分维理论的修正公式能更好模拟非饱和渗透系数.     

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.     

膨润土土工合成材料的研究

将所合成的相对分子质量约为3~4万的聚丙烯酰胺(PAM)与甲醛反应使之羟甲基化,然后将羟甲基化聚丙烯酰胺和单体丙烯酰胺(AM)脱水缩合,得到产物改性聚丙烯酰胺.适宜的反应物摩尔比n(PAM)∶n(甲醛)∶n(AM)=1∶0.6∶0.6,羟甲基化转化率可达99%以上,丙烯酰胺转化率可达93%以上.改性聚丙烯酰胺以过硫酸铵为引发剂,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂在室温下发生交联反应.其优点是交联速度快、聚合放热温度低、在侧链发生交联反应、抗水解能力强,吸水膨胀倍数与膨润土相当.将改性聚丙烯酰胺与膨润土混合(其中膨润土质量约占70%)制成的膨润土土工合成材料,其体积膨胀率为190%,基本达到我国建筑行业标准实用要求.该产品经久耐用,为土工合成材料的制备技术探索了一条新路.     

膨胀土的自由膨胀比试验研究

自由膨胀率是膨胀土判别与分类的一项重要指标,由于自由膨胀率的测试人为干扰因素较多,自由膨胀率的科学性和可靠性被广泛质疑,因此,寻求一种人为干扰因素少,又能反映膨胀土本质的合理而适用的指标具有重要意义。为此,引进了一种新的试验方法即自由膨胀比试验,膨胀比是10g烘干土样分别在盛有蒸馏水和煤油(或CCl4)的标准量筒(通常为50mL)中沉积稳定时的体积之比。阐述该指标的意义和试验方法,系统开展自由膨胀比试验和膨胀土物理力学指标试验,试验表明:相对自由膨胀率而言,自由膨胀比与阳离子交换量、比表面积、蒙脱石含量具有更好的相关性,能较好反映膨胀土的胀缩特性;将自由膨胀比与公路规范中常用的指标液限、塑性指数、标准吸湿含水量进行对比分析,发现自由膨胀比作为膨胀土判别与分类指标具有更高的可信度,同时自由膨胀比与这些指标相关关系也较好,可将其结合起来用于膨胀土的判别分类中。     

高掺砂率膨润土混合土膨胀特性及其膨胀量预测

膨润土与砂混合土中掺砂率的高低会引起混合土膨胀特性的差异。对纯膨润土及其低掺砂率混合土,浸水膨胀完成后蒙脱石孔隙比e_m与竖向应力σ_v在双对数坐标内呈唯一线性关系。对高掺砂率混合土,在较小荷载下浸水,不会形成砂骨架,e_m-σ_v线性关系仍成立;在较大荷载下浸水,会形成砂骨架,砂骨架形成后,e_m与σ_v间不再满足该线性关系。利用砂骨架孔隙比的概念可确定不同掺砂率混合土形成砂骨架时对应的起偏应力及混合土能够形成砂骨架的临界掺砂率。砂骨架形成前,砂颗粒被蒙脱石包围,外力由蒙脱石承担,最终变形量由试样中单位体积蒙脱石的含量决定。砂骨架形成后,竖向应力最终由砂骨架和蒙脱石共同承担,提出了确定不同掺砂率下两者承担比例的方法,进而可确定砂骨架形成后的膨胀变化量,预测结果与膨胀试验结果吻合较好。该方法可以预测高掺砂率混合土的浸水膨胀量。     

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。     

溶液作用下黏土的界限含水率及渗透试验

黏性土的界限含水率是用于土的分类和评价的重要指标,并可能与渗透系数等参数具有一定的相关性,但溶液作用下界限含水率的变化规律没有一致的结论。选取填埋场渗滤液中的几种代表性溶液,对0~15%含量的膨润土改性黏土的界限含水率及渗透性进行了试验。研究发现,CaCl₂溶液和乙酸溶液具有絮凝作用,使高液限黏土变为高液限粉土;膨润土改性黏土的液限和塑性指数与膨润土掺入量正相关;改性黏土的液限随CaCl₂溶液浓度的增大而减小;渗透系数与液限之间没有显著相关性,溶液作用下土的渗透性能还需要深入研究。     

膨润土防水毯在水利工程中的应用

介绍了钠基膨润土防水毯的优点,通过水利工程中底部防渗处理对钠基膨润土防水毯应用的工程总结,提出了对水利工程中钠基膨润土防水毯施工的几点建议。     

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。     

新型膨润土防水材料在防水工程中的应用

本文通过福州大学新校区食堂地下室防水工程,介绍了膨润土防水毯和止水条的材料特点、施工措施和节点构造等,实践表明防水效果良好,可供类似工程参考借鉴。     

JG/T193-2006《钠基膨润土防水毯》相关问题的再讨论

本文作者从事膨润土研究多年,所在的公司也从事膨润土防水毯的研发、生产和销售,有感于本刊＂关于JG/T 193-2006〈钠基膨润土防水毯〉有关问题的讨论＂,也将一些问题提出,并希望能和同行一起讨论。