植物根系对粘土覆盖层的影响研究

摘要

垃圾填埋场封顶覆盖层处于填埋场表层，是保护填埋场不受到外界侵蚀的一道重要措施。封顶覆盖层阻滞降雨入渗至垃圾体内部，减少垃圾渗滤液产量，避免填埋体内部水位过高引起的填埋场失稳。在垃圾降解时，产生各种有害物质，垃圾填埋场封顶覆盖层可以阻挡有害气体无组织扩散至大气中，避免垃圾降解过程中产生的有害物质影响附近居民。覆盖层中上覆耕植土作为植物生长基质，为填埋场生态恢复提供条件。
　　垃圾填埋场封顶覆盖层从垃圾体顶面至表面依次为：排气层、防渗粘土层、排水层和植被层。防渗粘土层作为封顶覆盖层的核心部分，影响着封顶覆盖层的长期服役性能。很多研究表明，粘土防渗层在干湿循环、冻融循环中极易开裂，粘土防渗层一旦开裂，形成裂隙网络，裂隙作为土体中通道，极易产生优势流，使得土体渗透性明显增加，雨水更加容易入渗到垃圾体中。粘土防渗层开裂是影响封顶覆盖层长期服役性能的主要因素。同时在覆盖层生态恢复过程中，植物根系有可能在粘土防渗层中的穿插生长，形成大量根系，水分有可能沿根系优先迁移形成优势流，增大粘土防渗层的渗透性。同时植物根系团聚土颗粒，限制土壤开裂。植物根系对粘土防渗层的综合影响需要进一步研究。
　　本文拟通过含根系的土柱试验综合评价植物根系对土体开裂及优势流的作用。采用分层压实法压实土柱，在土柱中培养植物，运用二值图像法和图像处理技术计算裂隙率。定量分析在植物生长过程中压实粘土表面开裂情况，对比同条件下无植物土柱表面裂隙开展情况。结果显示当压实粘土中有植物根系时，相对于同条件无植物根系的压实粘土，表面开裂能得到一定延缓和限制。
　　通过四组土柱试验，分析覆盖层在不同状态下的渗流特性。首先，进行一组重塑压实土柱渗流试验，此组土柱中既无植物根系也无裂隙，模拟刚压实完成的覆盖层的渗流特性。其次，进行了一组经过一段时间干湿循环后表面产生开裂的重塑压实土柱渗流试验，模拟当植物根系尚未生长至粘土防渗层中，已经产生开裂的覆盖层渗流特性。再次，在土柱中培养植物，在植物生长过程中，土体产生开裂，进行当土中同时含有植物根系和裂隙时的渗流试验，模拟植物根系在粘土防渗层中生长，同时产生开裂时覆盖层的渗透特性。最后为了准确评价植物根系的作用，进行了土体中含有植物根系但未产生开裂的重塑土柱渗流试验。四组试验结果显示植物根系和裂隙都会加大雨水入渗到土壤中。植物根系为水分入渗提供优先迁移通道，植物根系的优势流作用不可忽略。尽管粘土中裂隙在渗流试验中会闭合，一定时期内雨水入渗产生波动，但整个过程中，水分沿着裂隙入渗形成优势流并未被削弱，土体开裂提高了土壤的渗透性。
　　以亮蓝作为染色示踪剂，在含有植物根系但无开裂的重塑土柱中，进行染色示踪试验，定性评价在压实粘土中染剂沿着植物根系的迁移。结果显示随着深度的加大，染剂在截面的染色范围逐渐减小，在根系附近土壤中，染剂存在局部优先迁移。进一步明确了植物根系在覆盖层中的作用。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 本文研究的主要内容

第2章 土柱试验仪器、材料和计算方法

2.1 试验仪器选型

2.2 材料参数

2.3 数据计算方法

第3章 土柱试验结果分析

3.1 有植物与无植物开裂对比

3.2 土柱渗流试验结果

3.3 本章小结

第4章 土柱试验结果综合对比

4.1 底部渗水

4.2 表面径流

4.3 体积含水率

4.4 非饱和渗透系数

4.5 染色示踪

4.6 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢