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水利工程论文-土工织物粘土垫层.doc

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水利工程论文-土工织物粘土垫层.doc

水利工程论文土工织物粘土垫层摘要因素在过去10年间,设计工程师和环保部门日益喜欢更多地用土工织物/s)和廉价的成本常常用在铺盖或废物池的底部,以阻止废物的扩散.......关键词土工织物粘土垫层1.简介因素在过去10年间,设计工程师和环保部门日益喜欢更多地用土工织物粘s)和廉价的成本常常用在铺盖或废物池的底部,以阻止废物的扩散。除了在环保方面用做废渣地的垫层外,GCLs还用作运输设施(公路和铁路)和岩土工程的环保隔离带,诸如用做防护层来最大限度地减少在公路交通事故中由于化学物品的溢出和渗流所造成的地表下污染。GCLs还用做加油站地下油罐的第二防护层来防止地下水污染,也单独用于渠道、池塘或地面蓄水设施。GCLs之所以如此受重视,源于两个因素①有关GCLs材料的特性更详尽的知识都可以在大量的现有研究文献中找到,以年为序,大致归纳如下关于GCLs的VSEPA研究会(1993)。关于GCLs的国际谈论会Numberg德国(1994),有关GCLs试验和应用标准的ASTM座谈会,Atlanta美国(1996)、GeoBento,巴黎,法国(1998)和土工织物及土工膜在GCLs中的应用专题讨论会(2000)。另外,大量以土工合成、土工技术、地质环境杂志和会议纪要等为参考,关于GCLs的论文已经出版。②规划、设计者信心的增长。这篇论文将总结在过去10年间的重要研究发现。2.土工合成粘土垫层GCLs是一薄层钠质或钙质,膨润土与一层或多层土工合成物构成的。土工合成物为土工织物或土工膜。基本的GCLs通过胶、针刺或编织方法同两面都有土工织物包裹的膨润土结合而成。针刺过程可以使上层的土工织物纤维穿过膨润土和下层土工织物连成一个整体。穿透底层土工织物的纤维靠自身纠缠和摩擦或通过加热的方法使它们同底部土工织物层结合在一起。可能在两层织物和膨润土间产生更强的结合力(用这种方法做的GCLs可叫做热锁合GCLs″)同样可以用平行的几行纱线把全部的土工合成织物膨润土、合成物缝合在一起。对于以土工膜为骨架的GCL,用无污染的胶将膨润土同土工膜粘在一起,并用敞口的螺旋纺织的土工织层粘在膨润土外,以便在安装时起到保护作用。由于产品的适应性和迅速的革新,不同类型的GCLs的特性可能各不相同,GCLs间最重要的区别是用在GCLs中膨润土的形式和矿物成分的差异。例如粉末状和颗粒状钠质或钙质等等方面的区别,土工织物类型(例编织与不编织)或附加土工膜及结合方法。GCL的最重要的优点是其有限的厚度,适应土层或废渣层下的不均沉降,易安装和低造价。另一方面这和有限厚度的隔离层具有以下特性①对机械性意外事件所表现出的弱点②有限的吸附量③如果GCLs铺在不能提供冲淡的矿物或分层之下,可以想象,矿物会严重流失。甚者,GCLs与其它浸析液水合(而不与纯水),膨润土将表现较小膨胀并降低阻水效果。GCLs的优点与缺点归纳如表1。表1GCLs的优点及缺点。在GCLs被不断广泛应用的同时,它们也正在被深入研究,尤其是对于它们的水力性质和扩散性、化学兼容性、机械表现性、耐久性和透气性等方面的研究。3.导水率、化学共存性和扩散GCLs的水力学特性在很大程度上取决于膨润土的导水率。唯一例外的是结构中含有用线缝合的土工膜的GCLs。总体而言,不同类型土工织物G采用的界限压力。GCLs导水系数的降低是由在较高压力下形成的较低空隙率而产生的。更重要的是,对于一个给定的渗透性的GCLs空隙率与导水系数(K)之间表现出很强的相互联系。图1水力传导率变化与限定应力的比较GCLs常常用来阻隔除水之外的各种液体,在此情况下用化学溶解性评价GCLs的导水系数是十分重要的。对实际液体的渗透性,通常是通过兼容试验来评定的。试验中样本用将来容纳或将来透过的液体进行渗透试验GCL与不同渗流介质的兼容性已得到众多研究专家的研究和针对多种方案的评论。除水之外,用其它液体做为渗透液,影响GCL渗透性的因素为总厚度、蒙脱石含量、吸着层厚度,预水合和矿物部分的孔隙率。另一方面,影响渗水系数的主要因素为一价和二价阳离子的浓度。在试验操作过程中,密切监测渗入流和渗出流中的化学成分以及样品的绝大部分孔隙通过渗流,确保达到化学平衡。另外,在此试验结束之前应保持GCL的高度为常数。关于GCL化学兼容性的一些细节问题的总结由Rone(1998)和Shackelford等人(2000)提供。扩散是一种化学过程,包括污染物即使在没水流的情况下,自高浓度区向低浓度区的扩散。无机污染物透过GCL的扩散现象最近有所报道。他们的发现可以归结如下①空隙率和相关临界压力对扩散系数有很大影响②容质富集程度所导致的一些敏感矿物成分微观结构的改变对扩散系数的不同起决定性作用(尤其是在钠质膨润土中)。另一方面,GCL的生产过程对扩散系数没有重大影响。4.穿孔、膨润土层变薄、内部腐蚀离子交换GCLss在搬运或安装过程中很容易遭受意外穿孔,在这种情况下,它的抗水性会因其遭受损坏而不同程度地丧失。同时显示出,小的穿孔和损伤可由其中的钠质膨润土有效修复,与完好试样相比,发现其导水系数增加很少。此外,直径大到30mm的穿孔愈合时间仅需很短的时间(一般15天)便可完全恢复。更重要的是发现修复区域的稳定性取决于水头的高低。据观察发现水头71m(在10kPa压力范围内)时,自行修复的区域会失效。尽管钠质膨润土GCLs的自行修复功能很强,但是从最近出版的试验结果显示如果自行修复过程与离子交换联系时,修复功能会受到影响。文献上报道了一个GCL的一贯性缺陷。报道的是一种胶结的GCL被树根穿孔的情形下,而导致导水系数的增大。但是,Daniel(2000)指出导致导水系数增大的可能是树根本身,而不是膨润土和树根周围之间的密封问题,同时Didier等人(2000)指出的嵌入GCLs的物体周围可以进行很好的封堵进一步证明了Daniel说法的正确性。Peggsandolsta(1998)描述了一种情况当GCL被地基石块穿破而降低隔水性能时,这只能算是设计问题而不是性能问题。以土工织物做的GCLs的水力学特性也取决于膨润土在原料中的单位面积质量的大小。一旦水化,膨润土剪切强度就很低,在这种情况下,应力集中和长期结构负荷可能造成膨润土后期的挤压并导致局部厚度的减少和在这些位置液体渗流量的增加。为避免局部膨润土的移动和随之而产生的对GCL水力特性的影响,应在遭受表层荷载和GCLs水化之前,在其上覆盖适当厚度和适当粒径的土层,粗粒覆盖的GCL表面(如砂砾),也会导致GCL应力集中,这是引起膨润土移动的另外一个原因。然而,据发现即使在很高的界限压力下,水力传导率的影响也是无关紧要的。另一潜在的应力集中是上覆土工膜产生皱缩现象,

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