濕潤氣候區(qū)毛細阻滯型覆蓋層性能試驗研究及其工程應(yīng)用.pdf

1、城市固體廢棄物填埋場封頂覆蓋層主要用于減少降雨入滲。傳統(tǒng)壓實粘土覆蓋層經(jīng)歷干濕與冷暖交替后粘土層容易開裂,長期防滲效果不佳;復合型覆蓋層防滲效果較好,但造價高昂、存在界面失穩(wěn)且所用土工合成材料耐久性有待實踐檢驗.因此基于水分存儲-釋放原理的騰發(fā)覆蓋層受到重視,其中毛細阻滯型覆蓋層由粗細兩層土體組成,取材方便、耐久性好、工程造價低,在干旱半干旱地區(qū)適用性良好.提升毛細阻滯型覆蓋層在濕潤氣候區(qū)適用性是解決我國南方填埋場防滲問題的迫切需求。<

2、br>　　 添加非飽和導排層(UDL)增加覆蓋層側(cè)向?qū)潘渴墙鉀Q此問題的突破方向之一。本文對含非飽和導排層的新型毛細阻滯型覆蓋層的性能進行了系統(tǒng)性試驗研究:首先自制試驗裝置開展室內(nèi)模型試驗,試驗其在強降雨條件防滲性能并獲得調(diào)控覆蓋層滲漏量方法;在此基礎(chǔ)上開展室外長期試驗監(jiān)測此新型覆蓋層在濕潤氣候區(qū)實際復雜氣候下的響應(yīng),驗證其長期防滲性能;最后基于試驗結(jié)果提出實用設(shè)計方法。
　　 自制試驗儀器包括模型槽、降雨模擬器與測試系統(tǒng)。

3、模型中細粒土、UDL和粗粒土為粉土、砂和碎石,模擬雨強為65-76mm/h,監(jiān)測降雨入滲及側(cè)向?qū)胚^程并測試徑流量、側(cè)向?qū)帕考皾B漏量隨時間變化。強降雨條件下,試驗Ⅰ坡面徑流量比例達69.4％,入滲水量以存儲于粉土中為主,砂層側(cè)向?qū)帕繛榻涤炅康?.5％,滲漏量只有降雨量的2.9％。試驗Ⅱ和Ⅲ中通過添加膨潤土降低粉土層滲透性有效降低降雨入滲量。與試驗Ⅰ相比,試驗Ⅱ和Ⅲ中砂層側(cè)向排水出現(xiàn)時間延后,試驗Ⅱ中滲漏量進一步減少至0.8％,試驗Ⅲ

4、中無滲漏。通過控制上層土的降雨入滲量及發(fā)揮毛細阻滯與側(cè)向?qū)啪C合作用,可有效控制覆蓋層強降雨條件下的滲漏量。
　　 基于室內(nèi)模型試驗Ⅲ增設(shè)植被層與草皮后開展室外長期試驗,監(jiān)測植被生長、土體孔壓響應(yīng)、各水量隨時間變化。濕潤氣候區(qū)降雨時影響土體深度大,降雨后覆蓋層內(nèi)水分朝向坡腳運動。夏季時基質(zhì)吸力波動明顯、變化頻繁;騰發(fā)作用影響隨土體深度而減弱。秋末至冬季時中下部土體保持高含水量狀態(tài)。夏季時降雨頻繁且極端降雨較多,降雨存儲量與徑流量

5、明顯較高,砂層側(cè)向?qū)抛饔妹黠@,滲漏現(xiàn)象集中于夏季;秋冬季降雨強度明顯降低,降雨存儲量與徑流量明顯降低,但砂層側(cè)向?qū)抛饔蔑@著并與降雨點具有較好對應(yīng),覆蓋層未見滲漏。
　　 覆蓋層在夏季時利用土體存儲水分與騰發(fā)釋放水分,而秋冬季時需要利用土體存儲水分、砂層側(cè)向?qū)潘峙c騰發(fā)釋放水分綜合作用來達到良好防滲效果。不同降雨狀態(tài)下覆蓋層響應(yīng)不同,長時弱降雨時水量分配以降雨存儲量、徑流量與砂層側(cè)向?qū)帕咳卟⒅?短時強降雨時水量分配以徑流

6、量與土層存儲量為主;降雪天氣對覆蓋層的影響可視為一次長時弱降雨過程。砂層兼有降雨水分側(cè)向?qū)排c降雨后水分釋放的雙重功能;滲漏由入滲水分非均勻性運動或水分運移速率超過砂層最大排水速率引起。
　　 增設(shè)非飽和導排層后覆蓋層克服了傳統(tǒng)毛細阻滯型覆蓋層長時弱降雨條件下易出現(xiàn)深層滲漏的缺點,并有效解決了覆蓋層在冬季時由降雪引起的高滲漏問題。實際服役時覆蓋層水量平衡為:徑流量、存儲量與騰發(fā)量、側(cè)向?qū)帕颗c滲漏量比例分別為23.95％、70.

7、20％、5.81％、0.04％。覆蓋層滲漏量小于1mm/年,防滲效果理想。
　　 數(shù)值分析表明增設(shè)非飽和導排層后覆蓋層在降雨時的導排長度明顯增加,非飽和導排層材料宜選用飽和滲透系數(shù)大、進水值約為細粗土進水值平均值的土體。在含非飽和導排層的新型毛細阻滯型覆蓋層設(shè)計中,設(shè)計存儲量取夏季以外的降雨量與潛在蒸發(fā)量差值中正值累加值的0.7倍,考慮毛細阻滯作用確定細粒土層厚度;非飽和導排層導排長度應(yīng)由入滲水分速率來確定,采用1/2-1倍細粒

8、土飽和滲透系數(shù)的水分入滲速率來確定導排長度并采用達西定律確定非飽和導排層土層厚度。計算表明對杭州地區(qū)當含UDL的新型毛細阻滯型覆蓋層坡度為1V:3H時,植被層、細粒土(粉土)、非飽和導排層(砂層)與粗粒土(碎石)厚度可采用0.15m、1m、0.25m與0.2m。
　　 通過對含非飽和導排層新型毛細阻滯覆蓋層性能的短期與長期試驗研究,對其我國濕潤氣候區(qū)強降雨條件與長期服役時的響應(yīng)特點與防滲性能有了深入認識,基于試驗結(jié)果的實用設(shè)計方