改性黄土作为垃圾填埋场底部防渗衬垫的柔性壁渗透试验研究

摘要

垃圾填埋场的防渗衬垫系统是垃圾填埋场底部、边坡以及在封场覆盖过程中用于隔离渗滤液和填埋气体，将污染物的扩散阻隔在可控区域内的屏障，也可以保证垃圾填埋场的安全运营。在天然黏土资源较丰富的地区，通常利用压实黏土层作为防渗衬垫的首选材料，经过长期的室内试验、现场试验对压实黏土防渗衬垫的性能进行测试，可以证明压实黏土是一种良好的填埋场防渗衬垫材料。但是，对于我国西北地区而言，天然黏土资源很匮乏而黄土却分布的非常广泛。如何对黄土进行改性使其符合垃圾填埋场防渗性能的要求，做到因地制宜，降低工程造价，是诸多学者目前研究的方向。
　　采用常规渗透试验测试防渗衬垫层的渗透系数时，存在测试时间长，密封效果差，试样与侧壁不能紧密贴合从而侧壁漏水影响试验结果的缺点。因此，本文利用改进的常规三轴仪进行了黄土以及改性黄土的渗透系数的测定，它能较好地模拟原状土的受力状态，得到更为准确的渗透试验结果。
　　本文在分析总结前人对黄土渗透性的室内试验和研究成果的基础上，以兰州地区的黄土土料作为研究对象，对所选定的黄土土样进行了大量的物理力学指标测试和三轴渗透试验研究，对比分析了各种影响因素尤其是围压、初始干密度和改性剂掺入比等条件对其渗透特性的影响规律，从而为改性黄土作为垃圾填埋场防渗衬垫的设计、施工提供了一定的技术支持。
　　首先，通过拟建垃圾填埋场地重塑黄土的标准击实试验，确定了黄土的最大干密度和最优含水率。在此条件下，制作渗透试验的试样，在不同干密度的条件下采用逐级加压的方法进行渗透试验。结果表明:对于饱和黄土而言，随着围压、初始干密度的增大，渗透系数会产生减小的趋势。其次，再进行掺入不同比例石灰、水泥、膨润土的改性黄土的击实试验，得到在不同改性材料不同的掺入比下，改性黄土的最优含水率和最大干密度，分析表明:改性黄土的击实性能发生了一定程度地改变，在黄土中掺入石灰、水泥后，其最大干密度都有明显地减小，而最优含水率却有一定程度地增大;而在黄土中掺入膨润土之后，改性黄土的最大干密度存在先增大后减小的过程，而最优含水率却在持续增大。然后，进行了改性黄土的三轴渗透试验，发现在黄土中掺入不同干质量比的石灰、水泥和膨润土后，渗透系数均会减小。但其降低幅度与最优掺入比根据材料的不同而有明显的差别。最后，对水泥改性黄土中二种不同掺入比的试样进行了不同龄期的养护，结果表明通过养护后的水泥土，渗透系数减小的幅度基本上是在同一数量级内，说明龄期对水泥改性黄土的渗透系数影响不大。
　　在完成室内渗透试验之后，将试验结果与兰州新区拟建垃圾填埋场的地质条件相结合，通过ANSYS软件分析，验证了符合规范要求的一定厚度的改性黄土材料可以满足垃圾填埋场防渗衬垫的要求。
　　本文通过对改性黄土进行三轴渗透试验的分析研究，得到了一些初步的规律和成果，对改性黄土作为垃圾填埋场防渗衬垫的研究和应用具有一定的参考意义和工程应用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 垃圾填埋场的发展现状

1．2．2 土的渗透性能研究现状

1．2．3 防渗材料的渗透性能研究现状

1．2．4 非饱和——饱和渗流理论研究现状

1．3 我国垃圾填埋场存在的问题

1．4 课题研究的目的与内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

1．5 本章小结

2 垃圾填埋场场底的防渗系统介绍

2．1 垃圾填埋技术

2．2 垃圾填埋场场底防渗系统基本理论

2．3 垃圾填埋场底部防渗系统分类

2．3．1 垂直防渗方式

2．3．2 水平防渗方式

2．3．3 填埋场场底防渗方式的选择

2．4 垃圾填埋场防渗材料

2．4．1 无机天然防渗材料

2．4．2 有机天然复合防渗材料

2．4．3 人工合成有机材料

2．5 本章小结

3 改性黄土作为垃圾填埋场防渗衬垫的渗透试验研究

3．1 试验背景及研究目的

3．1．1 试验研究背景

3．1．2 试验目的

3．2 黄土的基本性质

3．2．1 黄土的成因与分类

3．2．2 天然黄土的物理性质

3．2．3 天然黄土的微观构造

3．2．4 天然黄土的渗透特性

3．3 重塑黄土试样的物理性质指标

3．4 改性材料的基本性质

3．4．1 石灰

3．4．2 水泥

3．4．3 膨润土

3．5 改性土的击实试验

3．5．1 试验原理与方法

3．5．2 试验结果

3．6 黄土及改性黄土渗透性的研究方法

3．6．1 达西定律

3．6．2 试验装置的改进

3．6．3 试验方案

3．7 本章小结

4 渗透试验结果分析

4．1 影响黄土渗透性的相关参数

4．2 黄土渗透试验的结果及分析

4．2．1 黄土渗透试验结果

4．2．2 围压对渗透系数的影响

4．2．3 初始干密度对渗透系数的影响

4．3 改性黄土渗透试验的结果及分析

4．3．1 石灰改性黄土的渗透试验结果

4．3．2 水泥改性黄土的渗透试验结果

4．3．3 膨润土改性黄土的渗透试验结果

4．4 龄期对改性黄土渗透试验的影响分析

4．5 本章小结

5 工程应用与实例

5．1 工程概况

5．1．1 工程背景

5．1．2 气候气象条件

5．1．3 工程地质条件

5．1．4 地下水条件

5．2 数值计算

5．2．1 软件介绍

5．2．2 ANSYS中渗流场与温度场相似性分析

5．2．3 计算实例

5．2．4 计算结果

5．2．5 小结

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献