膨润土防水毯在西安护城河改造工程设计中的应用

为了确保护城河水位抬高后,水质清洁、不危及城墙及城河周边建筑物的安全,对城河设计水位以下全断面进行防渗处理。通过对不同防渗处理方案的对比分析,提出了用膨润土防水毯对水面以下边坡及河底进行防渗处理的设计方案,具有施工简单、防渗效果好、绿色环保等优点。     

褶皱土工膜+针刺钠基膨润土防水毯复合衬里的剪切试验研究

防渗工程中土工膜的褶皱现象普遍存在,然而目前关于土工膜界面剪切特性的研究大都忽略了褶皱的影响。以糙面土工膜（GM）和针刺钠基膨润土防水毯（GCL）组成的复合衬里为研究对象,利用水化变形试验证实两步水化法能有效地加速含褶皱GM+GCL复合衬里的水化步骤,使用大尺寸温控水浴直剪仪对含褶皱GM+GCL复合衬里的剪切特性进行了试验研究。通过将含褶皱GM+GCL复合衬里的剪切特性与无褶皱复合衬里进行对比分析,揭露了GM褶皱对复合衬里剪切特性的影响机制。GM褶皱的存在使得GM+GCL复合衬里的剪切应力-位移曲线产生较大差异,并使得低压下复合衬里的抗剪强度明显降低。GM褶皱使复合衬里产生明显的渐进破坏效应,复合衬里内部能出现多种破坏模式共存的现象。     

膨润土防水毯渗透性能的温度效应

以颗粒状钠基膨润土防水毯为研究对象,采用改造的GDS全自动环境岩土渗透仪开展渗透试验,研究温度和压力对渗透系数的影响。研究表明:低围压下膨润土防水毯的渗透系数随温度的增加而减小,温度较高时趋于平缓或略有增大;围压增为100 kPa时,渗透系数随温度的增加而增大。固有渗透率随温度的增加而减小;低围压下固有渗透率减小更显著,仅考虑流体物理性质变化的渗透系数估算值与实测值有很大差异。膨润土吸附结合水量随温度的升高而减小,不能解释膨润土防水毯渗透系数和固有渗透率随温度的变化规律。当温度升高时,粒间孔隙减小且颗粒状膨润土分解成凝胶态蒙脱石颗粒,在低围压下凝胶态蒙脱石颗粒层间距离减小,是渗透系数和固有渗透率随温度的升高而减小的主要原因。     

干法提纯新疆天然钠基膨润土制备防水毯原料的研究和经济分析

采用新疆天然钠基膨润土作为防水毯颗粒原料,通过中试和1∶ 1工业实验对原矿进行干法提纯,测试确定了最佳提纯工艺生产条件.实验证明,在最佳条件之下,产品的各种性能较原矿均有较大提高;在不添加任何其他辅料的情况下膨胀指数和吸蓝量就可以达到防水毯产品原料标准.相比湿法提纯工艺,该项研究可以直接指导工业生产,有十分重要的实际意义和经济意义.     

溶液和温度作用下膨润土防水毯的渗透性能

以颗粒状和粉末状膨润土防水毯(GCLs)为对象,运用GDS (global digital systems)全自动渗透仪开展渗透试验,研究CaCl_2溶液作用下GCLs渗透性能的温度效应,初步探讨其机理。试验表明:当水化液为0.05mol/L的CaCl_2溶液时,两种GCLs渗透系数随温度升高呈现增大趋势;当水化液为去离子水时,颗粒状GCL渗透系数随温度升高而减小,粉末状GCL渗透系数随温度升高而增大。去离子水情况下,膨润土吸附结合水量随温度升高而减小;CaCl_2溶液作用下,吸附结合水量较去离子水情况大幅降低。当CaCl_2溶液浓度一定时,膨润土膨胀指数随温度升高而略有增大;当温度一定时,膨润土膨胀指数随CaCl_2溶液浓度升高而显著减小。以去离子水进行试验时:颗粒状和粉末状GCLs渗透系数随温度的变化主要影响因素为凝胶态蒙脱石数量,其次为流体黏滞系数和吸附结合水量;颗粒状GCLs膨润土孔隙结构越不均匀,凝胶态蒙脱石数量的影响就越显著,导致渗透系数随温度升高而减小、固有渗透率随温度升高显著降低。以CaCl_2溶液进行试验时,两种GCLs渗透系数随温度变化的主要受流体黏滞系数和吸附结合水量的影响,而受凝胶态蒙脱石数量的影响较小。孔隙溶液性质、温度和膨润土类型均对GCLs的防渗性能具有重要影响。     

GCL防水毯中膨润土的水化膨胀应力特征研究

GCL(Geosynthetic clay liner)防水毯是广泛用于工程建筑的一种防水材料。一般认为其防水机理是由于其中的膨润土颗粒吸水膨胀后,形成胶体状隔水层,阻隔水分子进一步扩散而达到防水目的。但水化膨胀过程中产生的应力特征迄今没有深入研究。本次试验采用自制膨胀应力测定仪,对美国CETCO公司膨润土防水毯饱和吸水条件下膨胀应力进行了直接测定,结果表明:1应力测定仪工作性能稳定,测定结果重现性好。2膨润土防水毯吸水膨胀应力随时间的变化可明显分出3个阶段。1(0～50h)应力快速增加,增幅为7×10-4～1×10-3MPa/h;2(50～1730h)应力缓慢增…     

满流条件下管道破损诱发渗流侵蚀的试验研究

针对富水砂层中地下管道破损诱发地面沉降的问题,设计了一套可视化试验装置,对骨架粒径d90 =1.45～8.45 mm的11种砂土样、5种满流流速下土体渗流侵蚀诱发地表沉降的规律进行了研究。研究表明：（1）管道破损诱发的土体渗流侵蚀有3种模式,分别为：只突水无沉降、形成土拱并发生沉降和溃砂沉降;（2）土体骨架粒径、破损口尺寸、厚跨比是决定土体产生何种渗流侵蚀模式的主要因素,满流流速主要影响土体沉降范围;（3）管道破损口上方土体形成土拱或溃砂时,土体骨架粒径d90与厚跨比r的关系为：当8.0≥r≥4.2时,d90随r的增大呈抛物线下降;当12.5≥r≥8.0时,d90保持不变;（4）管道破损口上方土体形成土拱或溃砂时,流速为0的初始沉降半径、沉降深度由破损口直径D与土体平均粒径d50的比值（D/d50）决定;沉降半径、沉降深度均随满流流速的增大而线性增大;形成土拱时,沉降半径、沉降深度随流速增大的扩展速度（VL、VH）与D/d50呈对数关系;溃砂时,沉降半径随流速增大的扩展速度VL规律如下：当23.0≥D/d50≥6.0时,VL随D/d50的增加而线性增大,当42.0≥D/d50≥23.0时,VL随D/d50的增大呈对数减小。     

大气条件下高庙子钠基膨润土化学缓冲特性研究

深地质处置目前被国际上公认为是处置高放废物的最有效可行的方法。我国采用多重工程屏障系统和适宜的地质体共同作用来确保与生物圈的安全隔离。缓冲材料是高放废物重要的工程屏障材料之一,我国选用高庙子钠基膨润土作为缓冲材料的基础材料。膨润土作为缓冲材料的一个重要性能表现为缓冲孔隙水的化学变化。介绍了GMZ-1钠基膨润土大气条件下与蒸馏水的反应试验,并对试验结果进行了讨论。批式试验反应溶液中钠离子来源于钠基膨润土层间阳离子和矿物溶解,镁离子来源于钠基膨润土层间阳离子,钾离子和钙离子来源于矿物溶解,相关研究认识对于高放废物处置库近场核素迁移研究和评价工程屏障的长期稳定性具有重要意义。     

渗流条件下含裂缝压实膨润土应力及渗透性能试验研究

压实膨润土是放射性废物处置库的理想缓冲/回填材料,但它在失水收缩过程中易产生裂缝,该裂缝在浸水条件下能否愈合是放射性废物处置安全评价中的重要课题。其研究对含纵向单裂缝的压实膨润土样品开展渗透试验,以渗透系数、隙面法向应力及含水率为指标,研究含裂缝压实膨润土吸水膨胀后应力及渗透性能的变化,从而评价裂缝对膨润土屏障层性能的影响。研究结果表明,样品渗透系数随时间逐渐递减,隙面法向应力随时间逐渐递增,且在85 d时两参数达到稳定水平,分别为4.6410~(-10)m/s和2.5 MPa,与完整压实膨润土样品的渗透系数及内部应力处于相同水平,可以认为,此时土体实现了饱和及均一化。该研究从渗透性和应力角度证实了裂缝对压实膨润土渗透系数及应力参数未产生显著影响,膨润土具有较好的自愈合能力。研究建立了膨润土裂缝自愈合效果评价方法,为膨润土作为回填材料的安全性评价提供理论依据。     

常法向刚度条件下岩石节理剪切-渗流特性试验研究

为研究常刚度(CNS)边界条件下节理的剪切-渗流耦合特性,针对3种不同节理粗糙度的复制节理试样进行了3种不同刚度、3种不同渗透水压力条件下的剪切-渗流试验,全面系统地分析了法向刚度、渗透水压和节理粗糙度等因素对节理剪切过程中力学特性和渗流特性的影响。试验结果表明:节理峰值剪切强度随法向刚度的增加而增加,流量、等效水力开度和透过率随法向刚度的增加而减小;节理峰值剪切强度和法向位移均随渗透水压的增大而减小,流量、等效水力开度和透过率随法向刚度的增加而增加;通过节理面的流量随节理粗糙度的增加而减小。剪切过程中流量、等效水力开度和透过率均呈现类似于节理剪胀的三阶段变化规律:快速增长阶段、增速变缓阶段和稳定阶段;稳定阶段流量随法向刚度和渗透水压的变化近似呈线性关系,随着渗透水压的增加,粗糙程度较高的节理流速较慢。     

GCL对垃圾渗滤液中阳离子和有机质的吸附能力

通过对渗透前后垃圾填埋场渗滤液进行化学成分的测定和分析,研究了GCL的吸附能力及其变化规律,并采用X射线荧光光谱分析对试验结果进行了验证。研究结果表明在渗透过程中GCL对渗滤液中的有机物和阳离子存在吸附作用,水化液对GCL的吸附能力有一定影响;在渗透开始阶段,GCL对垃圾渗滤液中阳离子和有机物的吸附能力比较强,而后逐渐达到吸附饱和状态而丧失吸附能力,因此用GCL作为防渗屏障,主要是依靠其低渗透特性,而非其对溶液中有机质和有害离子的吸附作用。通过对膨润土进行X射线荧光光谱分析也发现:经过渗透后的膨润土中除常见氧化物外,还有来自渗透液中被吸附的物质,但含量不大。     

液体对土工织物膨润土垫膨胀性和渗透性的影响

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中,它的膨胀性和渗透性也成为了设计人员和研究人员所关注的焦点。通过水化膨胀试验、自由膨胀试验和渗透试验,研究了液体对GCL膨胀性能和渗透性能的影响以及膨胀性和渗透性之间存在的相关关系。试验结果表明, 水化液和渗透液的种类对GCL的膨胀性和渗透性有很大影响,其影响分别为：(1) 水化液相同时,渗透液的种类对GCL的渗透系数有影响,而渗透液相同时,水化液的种类对GCL的渗透系数也有影响;(2) GCL的水化膨胀量和渗透系数之间存在相关关系,水化膨胀量越大,渗透系数就越低;(3) GCL中膨润土的自由膨胀量和GCL的渗透系数之间也存在相关关系,自由膨胀量越大,GCL的渗透系数就越低。     

溶质入渗土工合成衬垫的化学-渗透特性研究

溶质在土工合成衬垫（GCL）长期入渗过程中具有明显的化学-渗透特性。室内渗透试验表明：阳离子之间的置换效应对GCL衬垫渗透系数影响较大,10 mM的CaCl2溶液使渗透系数上升至2.5×10-11 m/s,而30 mM的CaCl2溶液使渗透系数上升至5.6×10-11 m/s。渗透液体浓度的增加缩短了溶质穿透GCL的时间,且预饱和处理试剂对GCL渗透系数的变化影响较大,采用蒸馏水作为预饱和试剂处理GCL衬垫对其渗透系数的影响明显小于CaCl2溶液;建立了考虑膜效应和离子交换效应条件下溶质运移耦合动力学模型,并对GCL穿透试验过程中溶质浓度的变化进行了预测,仿真计算结果表明,10 mM和30 mM两种CaCl2溶液渗透条件下,Ca2+浓度变化的试验结果和计算结果均相吻合,验证了耦合动力学模型的可靠性;从Ca2+浓度及流量穿透曲线分布可知,化学-渗透效应可有效地延缓溶质的迁移速度。随着溶质浓度的降低,阻滞作用更显著。因此,在分析GCL衬垫中溶质入渗特征时,必须考虑化学-渗透效应的影响。     

水化后GCL中膨润土的微观结构研究

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,而水化后GCL中膨润土的微观结构会对GCL的长期防渗性能和力学性能产生影响。采用压汞试验,对水化后GCL中膨润土的微观结构进行定量分析,研究了液体对微观结构的影响,并通过化学分析来揭示液体产生影响的机制。结果表明,(1) 采用垃圾渗滤液水化后的膨润土孔隙体积密度最大,大孔径孔隙所占比例最高;(2) 出现上述规律的原因可以归结为两个方面,一是由于渗滤液中阳离子浓度最高而使得蒙脱石表面双电层厚度最小,二是更加频繁的离子交换作用使得蒙脱石表面大直径离子比例最高。     

Composite landfill liner design with Ankara clay, Turkey

This study presents an overview of the geotechnical properties of the clayey soils, referred to as Ankara clay, at two sites of the Ankara region in an attempt to design a landfill profile composed of a high density polyethylene (HDPE) geomembrane/clay composite liner through the Hydrologic Evaluation of Landfill Performance (HELP) model and the Water Balance Method. The geotechnical properties of the landfill layers along with the water balance factors (i.e., evapotranspiration, precipitation, temperature, etc.) were assessed to determine the height of the water-saturated zone in the refuse above the composite liner for landfill design. The cumulative expected leakage rates through the composite liner constructed with compacted Ankara clay were related quantitatively to the cumulative average leachate head. The results of this investigation show that the leakage rates through the composite liner are within tolerable limits.     

煤矸石淋滤液中污染物在GCL中的扩散性能

为验证土工合成黏土衬垫（Geosynthetic Clay Liners,GCL）作为煤矸石处置场衬垫层建设材料的可行性,采用垂直式双筒扩散装置进行室内扩散试验,研究了煤矸石淋滤液中典型污染物Zn²⁺、Mn²⁺和SO₄^2-在人工钠化膨润土GCL中的扩散性能,使用有限层法模拟软件POLLUTE V7对污染物随时间变化的曲线进行拟合,确定3种污染物在人工钠化膨润土GCL中的扩散系数。研究结果表明,污染物在GCL中的扩散系数低于它们在传统压实黏土衬垫层中的扩散系数,从而能更有效地控制煤矸石淋滤液中污染物在GCL中的扩散迁移行为。     

垃圾填埋场封盖及衬里多界面力学特性的研究进展

为了人类社会的可持续发展,对产量惊人的生活垃圾进行合理地处置成为世界各国亟待解决的问题之。垃圾填埋法是符合处置经济性和技术可行性的理想方案。垃圾填埋场投八运营后,如何防止被填埋垃圾及其次生有害物质进八周围环境,是垃圾填埋场设计环节必须考虑的关键问题之。在城市垃圾填埋场底部衬里系统及封盖系统中设置水力屏障,能有效防止填埋场中所产生的废液、废气向周围环境中迁移。水力屏障通常由土工合成材料与膨润土防水垫或压实粘土组成,形成个多界面的复合衬里或复合封盖体系。这种多界面力学特性以及潜在薄弱面对垃圾填埋场的稳定性具有控制作用,因此成为业界的研究重点。本文依据填埋场封盖和衬里土工合成材料多界面力学特性的最新研究,对所取得的研究成果进行分析和讨论。     

极细颗粒黏土渗流的微电场效应分析

采用渗流固结法试验结合颗粒表面电位分析,研究极细颗粒黏土的渗流的微电场效应,在相同试验条件下完成了5种含不同百分比的人工高岭土与人工膨润土的试样的渗流特性测试。测试结果表明,微孔渗流的微电场效应对极细颗粒黏土的渗流特性有相当显著的影响,随着孔隙液离子浓度的升降或土颗粒表面电位的增减,试样的渗透系数会随之发生改变;在相同的孔隙液离子浓度下,随着膨润土相对含量的增加,试样的渗透系数随之降低。对科威特软土的渗流固结试验证实了人工土的微电场效应的产生机制与变化规律同样适用于天然软土。试验结果分析认为,在黏土-水-电解质系统的相互作用下,黏土矿物通过土颗粒表面的结合水影响试样的渗流特性,而土颗粒表面电荷的微电场作用是极细颗粒黏土渗流特性改变的内在原因之一。     

粘土衬垫中渗透系数与扩散系数的关系

扩散系数和渗透系数是设计与评价垃圾填埋场衬垫等环境工程研究时需要确定的重要参数。通过分析粘土衬垫材料中渗透系数和扩散系数的物理意义和确定方法,在土多孔介质微观结构分析的基础上得到渗透系数和扩散系数的关系表达式,并基于蒙脱石层间Poiseuille定律得到膨润土有效扩散系数的计算公式。验证表明,在一定精度范围内文中表达式是有效的。得出的渗透系数和扩散系数的关系表达式,对于根据已有渗透系数的研究成果来预测和分析扩散系数是有意义的。