水化液体对土工织物粘土垫层水力特性的影响

1、水化液体对土工织物粘土垫层水力特性的影响                        摘要：土工织物粘土垫层的工程特性与孔隙液体的化学性质有着密切的关系。在垫层或填埋系统的应用，补救现场履盖系统的应用，以及二次污染系统中的应用，似乎可渗透多种液体。在这项研究中，将样品水化，并由不同的液体渗透。从而可以确定出样品的水力传导率。结果示出，的水力传导率均受水化作

2、用和渗透液体的化学性质控制。另外，即使仅由水状液体水化，而非饮用水，其仍然可以减缓渗滤作用。 关键词：土工织物粘土垫层 导水率 应力强度 孔液体  1序言土工织物粘土垫层（）已经被广泛地用于填埋中的隔水层，污染场地的补救，以及次生污染系统。在复合材料垫层中，可被辅设在土工膜下方，或在其它情况中，作为一种单独的垫层。虽然具有较低的水力渗透率，这是公认的，但在一些情况中，将不得不限制液体的流动（指非饮用水）。例如，一些填埋物可能位于靠近海岸线处，因为寻找合适的位置，已经成为非常困难的事情。在这种情况下，使用垫层在沥滤渗透之前可能与海水接触。其它可能发生的情况是，在重工业区或邻近重工业区，

3、酸雨是主要的环境影响之一。对于这些区域的填埋，酸雨水可能是水化液体。更进一步讲，在覆盖物中可能易遭受酸雨的长期渗透作用。 的水力传导率有这样几项观察孔液对工程特性影响的研究。大多数的观察集中在水力传导率的变化上。例如，有人已经做过用各种化学溶液，包括天然的或人造填埋物的沥出液渗入样品的试验。阳离子、电解质、渗透常数和水化液对中膨润土的水力传导率具有很强的影响。通过渗透一个自来水水化液样本，用 溶液，作用于应力下，样品的水力传导率增加近倍。试验由格力森等人完成，结果示出，当渗透物由自来水转换为 溶液时，压实的砂性膨润土混合物水力传导率增加了约倍，另外，在描述安装现场时提到，此膨润土中的钠被石灰岩

4、表层滤去的钙置换，引起了水力传导率的大量增加。由试验中可以看出，控制让其能阻止化学溶液渗漏的最重要因素是水化液体。当一个样品先于其它的渗透液水化，的水力传导率仍然非常低（在 范围内）。另外，的渗透作用与实际的冲洗液造成较低的水力传导率（ 1）。从而得出结论，由于实际的冲洗液包含数量大约相等的单价和多价的阳离子，单价阳离子可抵销多价阳离子的影响。试验结果示出，样品用蒸馏水预先水化，当的浓度，从增加到时，的水力传导率增加近个数量级，由于孔隙率的增高，其水力传导率有所增加。由于浓度接近孔隙率全部作用的相同级别，造成水力传导率的增加。对比一下，用溶液预先水化的样品，当浓度从增加到时，的水力传导率增加近

5、的数量级。结论是直接滤过的溶液相对初始滤过蒸馏水而言，吸附层厚度比孔隙率的影响更大。在盐浓度增加时对针穿孔的水力传导率的作用进行了研究。研究人员发现，的水力传导率随的浓度而增加，不管是否渗透蒸馏水或是直接渗透溶液。结果表明，盐溶液浓度增加可收缩吸附层并显著增加水力传导率，甚至当渗液仅包括单价阳离子时。用各种溶液对进行膨胀试验和水力传导率试验。试验结果指出，渗透的溶液包括二价的，三价的阳离子具有较高的水力传导率和较低的自由膨胀率（与渗透单价溶液或消离子水比较）。另外，也推断出，当值非常低（）或非常高（）时，才影响的膨胀和水力传导率。对渗透不标准液的水力传导率作用因素试验进行了讨论。试验结果表明，

6、不标准液包括单价阳离子的高浓度和低浓度的多价阳离子，可以导致水力传导率的显著增加，试验提供充分的时间进程，以使吸附的阳离子进行交换。在化学平衡之前，水力传导率（包括预水化的）的试验结束，可能导致测得的水力传导率不代表化学平衡时的水力传导率，而可能是很低的。进一步讲，还进行了其中包括非水液体渗透的研究。土地管理部门采用汽油、柴油和煤预先水化渗透。结果示出在有效压力作用下，样品的水力传导率低于× 。还发现，当被有机液体和化学溶液渗透时，水化作用的的水力传导率没有看出有显著的增加。对乙醇浓度对针穿孔的水力传导率的作用进行了研究。乙醇浓度时，水力传导率是下降的，反之，当乙醇浓度高于时，水力传

7、导率逐渐增加。这种情况可解释为受到吸附层的厚度和粘滞度作用的影响。 试验程序为了估算填埋中的性能，或海岸区和酸雨区次生污染防治设备的性能，实施了一系列渗透试验。通过水化渗透液体的类型和它们应用的效果进行选择。另外，在中，膨润土的自由膨胀试验采用同样的液体排列组合进行，有助于估价水力传导率试验的结果。. 土工织物粘土垫层在这项研究中的应用指定名称为和。接下来的描述是以工厂制造加工提供的信息为基础。包括非纺织针刺土工织物，这种土工织物是针再一次通过膨润土层刺入有纺的缝膜土工织物。膨润土含量为。“干性”膨润土的水份含量在中约为。在中，的膨润土粘合在两织物之间，上面的一层是有纺的土工织物，下面一层是稀

8、松有纺土工织物。两种的厚度在干燥情况下约为。.水化作用和渗透液体水化液和渗透液的选择包括自来水、酸性水、海水、淋洗液和汽油。这些液体的选择特性列于表。酸性水是在电离蒸馏水中加入了盐酸。值调整到.，这个值是相对于大多数酸雨的值。应该注意，在某些范围内，遭受了相当严重的工业污染后，雨水的值甚至可以低于.。从直埋物附近的海滨提取海水，从同一直埋物处理厂抽取冲洗液的样品，冲洗液各种主要指标的浓度列于表。2.3 试验设备和程序为了获得膨润土对试验液体的反应，进行了一系列自由膨胀试验。试验按照 标准，除了膨润土允许在某些液体中膨胀以外。对于每一种试验，把烘干的膨润土放进圆柱型量筒内，加水化液体。大约小时后

9、，对膨润土体积进行量测。.水力传导率试验进行水力传导率试验的样品直径为.（.）。试验的用柔性壁渗透仪按照 标准程序进行。）渗透的接口设备用做渗透液容器。样品被水化并给予.（.）的反压力，以提高饱和度。样品的有效应力保持在.（.）。样品的容量变化采用水化度指示器进行监测。水化时间为小时。对于用消电离蒸馏水和自来水水化的样品，水化时间约为星期。参照有关人员的研究，在可比性试验结束前，的高度应为常数。在这项研究中，监视水化过程中和渗透期间样品的体积变化，记录压力盒中水的容量变化。最终，全部的水力传导率试验，样品的体积达到稳定。另外，试验后测量样品的高度。样品与各种液体的水化渗透结果列于表。对于样品，

10、流入和流出压力调整为.的规定水头差，相当于约的水力梯度。对于每项试验来说，任何单一液体的渗透直到显现为平衡，即：流出率与流入率的比保持在±.，以及计算的水力传导率变化小于个连续量测平均值的。化学平衡条件用值和电的传导率进行评定。                             .结果论证.自由膨胀试验

11、结果自由膨胀试验结果示于表。用查普曼理论描述膨润土的膨胀与溶解物的阳离子化合价的关系，电解值浓度和溶解物的不导电常数。正如所料，膨润土用海水浸泡后证明了其最低限度的膨胀。海水较多的电解质浓度和多价的阳离子抑制了膨润土的膨胀。另一方面，可以发现，膨润土由酸性水溶化膨胀量最大。必须注意到，膨润土浆的值为，受到泥浆液固体率的影响。因此，产生这个结果的原因可能是酸与孔隙水中的碱相中和，这样使得膨润土更加膨胀。另外膨润土由冲洗液水化，其膨胀程度仅为消电离水的一半，这是由于淋洗液中的溶解物造成的。.水力传导率试验结果表为水力传导率试验结果的简要概括。试验后量测的样品物理性质在表中示出。特别注意到，对酸性水

12、的水力传导率和冲洗液的水力传导率与消电离水的相似。关于各种水质的水力传导率的详细介绍在下文中叙述。样品对自来水或消电离水的渗透，其水力传导率相对稳定且快。和样品对自来水的渗透作用，其水力传导率分别为.× -和.× -。对消电离水的水力传导率均为.× -。另外，虽然非常缓慢，但样品的体积仍在增加。对于水的渗透，这两个型号的水力传导率几乎是相同的。图 自来水水化水力传导率试验结果 图 消电离水水化样品的水力传导率试验结果和对海水渗透的水力传导率分别为.× -和.×-。这个结果是海水淋洗液水力传导率试验中的一部分。样品的水力传导率在渗透过程中仍然趋于

13、稳定。然而，的水力传导率是的倍。出流的经渗透过程而减少，最终接近海水的（图）。图海水水化样品的水力传导率试验结果出流的值随试验的进程而有所降低（见图）。，及的各种浓度示于图（）。和的阳离子浓度相同。渗透作用初期，出流液体的浓度比海水中的浓度大，然后逐渐减少，最终低于海水浓度。另一方面，出流液体的浓度稳定低于海水。更进一步讲，的浓度稳定高于海水，因此可以推断，膨润土中的离子也被替代。很显然，阳离子的替换过程在膨润土颗粒表面持续进行。在试验初期，和其它所有离子浓度的增加可能是较高的原因（见图）。另一方面，对于水化后的样品用海水渗透，其水力传导率直到倍孔隙体积的海水透过后才停止增加。和样品对海水的水

14、力传导率分别从.×-和.× -增加到.× -和.× -。这些水力传导率数值比样品直接渗透海水要低得多。一旦渗透由自来水转换成海水。流出率（）比流入率（）大。这种现象类似于报告的用溶液渗透消电离蒸馏水水化的。或的升高可能是由于双层膨润土渗出的收缩量造成的。吸附水的释放增加了流出率。在渗透量大到倍孔隙体积时，流出流入率达到最大值，并很快回落到一个相对稳定值。另外，在渗透作用中，样品的体积稳定降低。流出液体的导电率在试验的第一阶段明显增加，然后逐步下降。最终流出液体的导电率几乎与流入的海水一样。流出液体的值开始约为.，然后持续下降。导电率峰值发生在水流量达孔隙

15、体积之后。的峰值也发生在孔流量为的前后。海水中，和的浓度分别为、和，高价阳离子和高电解质浓度海水导致水力传导率的增加。另外，在膨润土颗粒表面，阳离子的交换作用是流出液体导电率发生变化的原因。比率的变化可能是由于双层膨润土颗粒的收缩量造成。然而，就水力传导率而言，这项研究的结果证实了与淡水的水化作用可以在一定程度上降低液体的负面影响，如海水。然而，自来水水化作用的水力传导率低于海水水化作用的水力传导率。当酸性水用于水化作用和渗透作用液体时，水力传导率的作用不明显。流出液体的导电率比酸性水要高得多。这可能是由于一些盐份从膨润土中释放到酸性水中造成的。从一系列试验，检测的流出液体的值见图。由于样品的

16、入流和出流面都与酸性水起水化作用，由收集到的几乎全部的出流液体示出值是稳定增高的。增高的值证实，膨润土具有相当大的缓冲容量。然而，预计长期被酸性液体溶解，最终膨润土将竭尽其缓冲容量。从出流值示出到试验末尾时，有降低的趋势。如果水力传导率试验持续时间较长，那么出流的值与入流的相同。然而，有人建议，由于这项研究中采用酸性水的值，大于，水力传导率也许仍可保持在 -范围。水化样品，并渗透冲洗液，在出流量达个孔隙体积前连续监测样品的水力传导率。水力传导率和的比率在渗透作用开始不久就达到稳定。最终和对冲洗液的水力传导率分别为.× -和.× -。在值稳定，渗透作用继续的情况下，出流液的导

17、电率降低。然而，对于用自来水预水化的和样品，对冲洗液的水力传导率分别为.× -和.× -。转换为渗透冲洗液不会导致水力传导率的明显增加。样品在自来水水化作用前似乎释放一些盐份到渗出物中，从而引起了导电率的增加。虽然冲洗液包含各种型式数量可观的阳离子，但对水力传导率的作用非常小，因为高化合价阳离子的浓度相对低于钠离子浓度。与此同时，开始出流液的值高于冲洗液并逐渐达到平衡。对于水化和开始用海水渗透的样品，一旦开始用冲洗液，水力传导率便会迅速下降。和的水力传导率从.× -和.× -分别下降至× -和.× -。用海水水化的对冲洗液的水力传导率

18、大大高于。进一步讲，的比率在冲洗液的渗透过程中小于欢洌瘢铮酰簦瘢椋瞠嚷适贾战咏?，没有观察到明显的流量变化。水力传导率明显下降的原因可能是由于冲洗液对膨润土的重新水化造成的。这可由样品流量的增加表明。与此同时，当流出物由海水转换为冲洗液时，其导电率明显降低。最终，必须再次指出，海水对                    4.结论 研究结果使我们可以深入了解在沿海区域和酸雨区域的填埋和二次污染控制系统中对的应用前景。当设置为防渗层的时候，可以把填埋的渗透作用减至最小，即使渗滤液体为酸性雨。对于填埋时底部的垫层系统，将仍然会妨碍冲洗液的流动，即使是被海水或冲洗液本身水化的。作为一项次生污染控制系统的屏障，对汽油或其它有机液体仍然是长期有效的，不管是由什么样的水，海水或酸性雨水产生的水化作用。图水力传导率试验与自由膨胀试验结果之间的关系5.总结 本文分析了孔隙液体对两种工程特性的影响。其中的一种具有内在的加固纤维，而另一种没有。两种的水力传导率都取决于水化作用和渗透作用的化学性质。只要用水状溶液