不均勻沉降引起壓實粘土屏障開裂及優(yōu)勢滲流分析.pdf

1、垃圾填埋體的不均勻沉降等因素容易引起壓實粘土屏障張拉開裂，裂隙的出現(xiàn)為外部水分進入填埋場內(nèi)提供優(yōu)先路徑，顯著降低壓實粘土屏障的防滲性能，從而使得滲濾液的產(chǎn)量增大，引起垃圾填埋場失穩(wěn)或滲瀝液滲漏等重大工程事故。
　　為了揭示壓實粘土屏障在不均勻沉降下的張拉開裂性狀，本文采用PIV(ParticleImageVelocimetry)技術(shù)測量裂紋擴展過程中的應(yīng)變變化，開展了壓實粘土梁的三點彎曲試驗，詳細研究了粘土的張拉開裂過程，以及含水

2、量對粘土開裂性狀的影響。另一方面，為研究裂隙對粘土屏障防滲性能的影響，本文將其作為高滲透性的多孔介質(zhì)材料，建立了含單一裂隙壓實粘土層的飽和/非飽和滲流模型，數(shù)值研究了含裂隙粘土層中的水分運移過程，對比分析了裂隙發(fā)育位置、深度、寬度和滲透系數(shù)對壓實粘土屏障水分擊穿時間和穩(wěn)定滲漏量的影響。試驗和數(shù)值分析的結(jié)果表明:
　　(1)裂隙的發(fā)育位置對壓實粘土層防滲性能有重要影響。底部裂隙對其防滲性能影響極小;頂部裂隙對穩(wěn)定滲漏量影響很小，但會

3、顯著縮短水分擊穿時間;貫通裂隙則會顯著縮短水分擊穿時間和增大穩(wěn)定滲漏量。因此，壓實粘土屏障服役期間應(yīng)重點控制頂部裂隙的發(fā)育，并且嚴禁出現(xiàn)貫通裂隙。
　　(2)對于頂部裂隙，隨裂隙深度、寬度和飽和滲透系數(shù)增大，水分擊穿時間大大縮短，穩(wěn)定滲漏量不斷增加;當裂隙滲透性足夠大時，擊穿時間主要受裂隙下部有效土層厚度控制，可將頂部裂隙近似作為入滲邊界。因此，當粘土層頂部發(fā)育裂隙時，需要對裂隙的寬度和深度進行有效控制，并應(yīng)重點控制裂隙的發(fā)育深度

4、。
　　(3)粘土的抗裂性能隨含水量增大而顯著提高，當含水量從32.6％增至37.0％時，臨界開裂應(yīng)變從2.4％增大至4.1％，但粘土的抗拉強度和彈性模量均顯著降低。因此，在壓實粘土層施工和服役過程中，應(yīng)對壓實粘土采取保濕措施，以提高其抗變形能力。
　　(4)壓實粘土層底部的拉伸應(yīng)變與差異沉降的大小密切相關(guān)，可以根據(jù)差異沉降近似計算粘土層底部拉伸應(yīng)變的大小。另外，裂紋出現(xiàn)后，隨中點位移增加，粘土梁中的裂紋寬度呈近似線性地增長

5、，而裂紋深度呈階梯式快速增長，且裂紋前期擴展迅速，后期擴展較為緩慢。因此，填埋場設(shè)計中應(yīng)有效地控制或減小場后差異沉降的大小。
　　(5)含水量對壓實粘土梁的彎曲開裂性狀有顯著影響。隨含水量的增加，粘土梁中的裂紋擴展速度放緩，壓實粘土梁由脆性斷裂逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檠有云茐模⑶伊鸭y尖端的塑性區(qū)域隨含水量增加而不斷擴大。
　　(6)PIV測試技術(shù)能有效地揭示粘土梁彎曲開裂過程中的應(yīng)變局部化現(xiàn)象，以及起裂位置的應(yīng)變發(fā)展過程，具有傳統(tǒng)測試方