抽吸作用新型毛细阻滞覆盖层防渗机理及特性研究

发布时间：2020-05-27 14:55

【摘要】：毛细阻滞覆盖层主要应用于垃圾填埋场防渗处理,防止大量雨水入渗到垃圾填埋物中形成污染液,经过渗流迁移污染地下水以及周围环境。本文提出了一种新型的毛细阻滞防渗层,即具有抽吸作用的毛细阻滞防渗覆盖层,采用室内试验和理论分析对其防渗机理和性能进行研究。本文首先研究了压实度对于土体土水特性的影响。采用花岗岩风化宽级配土进行研究,采用滤纸法与WP4C法,测定了不同压实度土体的swcc,实验结果表明:同一土体材料,随压实度的增大,进气值逐渐变大,且进气值取对数与压实度成线性关系,压实度对基质吸力swcc的低吸力阶段影响较大,对中间段以及残余段影响很小。土水特征曲线的实验结果还表明:实测渗透吸力随着饱和度的降低而提高,在低饱和度条件下,土体的渗透吸力会快速增加,甚至比理论计算值高达数千千帕的数值,其物理机理可能是结合水在低饱和度阶段的影响,在高饱和度阶段,结合水含量的占比很小,对渗透吸力的影响不显著,随着饱和度降低,其占比越来越大,结合水对渗透吸力的影响就凸显出来了,并提出了考虑结合水含量影响的理论渗透吸力计算公式。基于不同压实度土体的土水特征曲线测量结果,对不同压实度土体进行降雨入渗土柱模型试验。湿润锋前进时刻位置与含水率传感器变化相吻合,压实度越高的土柱,湿润锋前进速率越小,基于试验数据,利用湿润锋前进法原理求出不同压实度土体的渗透系数函数,发现压实度对于土体渗透系数函数的影响在低吸力阶段较大,在吸力与渗透系数快速变化段,压实度对土体的渗透系数影响不大。利用数值模拟的方式,基于粘土,砂土,砾石土三种典型土体,对湿润锋前进法进行了适应性研究,以便指导其室内试验的设计和测量。模拟计算结果表明:任何一个高于土体初始含水率的含水率都可以作为湿润锋锋面,突破了湿润锋锋面“肉眼法观察”这一局限。在监测截面含水率时间变化曲线中,只有第一段含水率快速上升段适用于湿润锋前进法原理。土柱中含水率传感器安置的个数与间距对湿润锋求解结果精度影响不大,对于50cm高土柱,建议沿高度方向均匀布置3个传感器即可。湿润锋前进位置时刻函数采用多项式函数进行拟合,精度最高。为了求出最大范围的渗透系数函数,需采用干土进行试验,选择土柱最高含水率监测截面数据,降雨入渗强度尽量控制在饱和渗透系数左右。对于砾石土,砂土,粘土来说,粘土选择湿润锋前进法求解精度最高,但在容许误差范围内,三者都能够利用湿润锋前进法求解出渗透系数函数。基于对于传统毛细阻滞覆盖层的室内土柱试验,本文利用数值模拟结果进行了计算模型的改进与验证,进一步优化了计算模型。抽吸作用的毛细阻滞覆盖层的主要结构包括:上层细粒土覆盖层,下层粗粒土层以及侧边抽吸导排层。本文采用理论分析,讨论了抽吸层发挥导排作用的条件,同时本文还进行了具有抽吸作用的毛细阻滞覆盖层室内降雨模型试验,试验结果表明:增加抽吸层宽度对于抽吸区域发挥作用的提高不大,而增大抽吸区域土体的渗透性是抽吸区域发挥作用的关键。基于抽吸层导排作用的机理,提出了一个简单的防渗结构设计参数拟定准则,并对四个典型气候区域的城市进行了覆盖层设计参数的初步拟定。
【图文】：

覆盖层,粘土

覆盖层的结构形式主要经历了一个发展进程：简单覆土一一压实粘土覆盖层一一逡逑复合型覆盖层（土工膜和压实粘土）一一设置排水层的复合型覆盖层一一新型覆逡逑盖层结构＇如图１－３所示。逡逑}哪逦找及搶逡逑々．Ｊ邋．厶．．．．逦土工．嗔逡逑一邋．Ａ逦“偦粒土Ｓ逦，、0邋１邋■键粒土层逡逑心々逦－Ａ逦Ａ邋＾逡逑0邋．邋■邋？邋．．逡逑：ｒＶ逦＇邋ｔ＾■逡逑卜邋＋0＋逦＋逦＋邋十逦＋逦＋逦＋逦＋逦＋逦＋邋丨逡逑—＋＋＋＋＋＋％＋＋邋垃购逦—＋＋％＋＋＋＋＋＋邋岕物逡逑＋逦＋逦＋逦＋逦＋逦．逦＋逦＋逦＋逦４＊逦＋逡逑ａ）单一粘土封顶覆盖层逦ｂ）单一粘土复合型封顶覆盖层逡逑ｊｖｙｙＶ＼／＼／＼表层土以及植被逡逑．逦：逡逑．，，逦．ｉ邋：．逡逑４…缰粒土层逡逑－逦＊逦４邋＜逡逑二．二．．一二一一二逡逑４■十逦＋逦＋逦＋逦＋逡逑＋邋＋邋＋邋＋邋＋邋垃圾物逡逑ｆ逦十逦＋逦＋逦＋逦＋逡逑＋邋＋邋＋邋＋邋＋邋■逡逑Ｃ）设置导水层单一粘土复合型封顶覆盖层逡逑图１－３传统封顶覆盖层（ａ－ｃ）逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ邋ｃｏｖｅｒｉｎｇ邋ｌａｙｅｒ邋（ａ－ｃ）逡逑如图１－３邋（ａ）所示，传统封顶覆盖层为单一压实粘土封顶覆盖层，对于粘土，逡逑进行夯实处理，只要密实程度够高，就能够达到很低的渗透性能，由此可以抑制逡逑与减少雨水的入渗，从这一点来说，可以达到防渗的良好效果，在此覆盖层作用逡逑的初期，能够达到预期的效果，防渗能力很好

毛细,覆盖层,压实

随着研宄的不断进行，对于单一压实粘土封顶覆盖层的改良，学者们提出了逡逑一种复合型封顶覆盖层，复合型封顶覆盖层是压实粘土和土工膜有效结合的覆盖逡逑层，如图１－３邋（ｂ）所示是压实粘土覆盖层的一种改进，渗透性效果较压实粘土覆逡逑盖层要好很多，但是造价比较高，压实粘土和土工膜之间能够有效且保持良好的逡逑结合成了一个问题，它们两种不同材料之间容易发生失稳问题，土工膜的使用寿逡逑命也是一个问题，，耐久性都值得检验［Ｉ３］［Ｍ］。逡逑为了降低复合型封顶覆盖层的渗水量，在封顶覆盖层顶部增设一层导水层，逡逑如图１－３邋（ｃ）所示，首先进行入渗水分的导排工作，对入渗到土体内部的雨水进逡逑行了一次再分配工作，减少水分进入压实粘土层，这样来保持压实粘土的防渗性逡逑能，有些研究在此基础上，在压实粘土与垃圾填埋物之间也增加了一层导水层，逡逑进行水分的导排
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X705

【参考文献】