寒旱區(qū)GCL防滲性能研究及相關(guān)機理分析.pdf

1、隨著水資源供需矛盾的加劇，節(jié)約利用水資源引起了各行業(yè)的高度重視，農(nóng)業(yè)是用水大戶，實施節(jié)水灌溉工程勢在必行，其中渠道襯砌防滲工程以其施工簡單、造價低等優(yōu)點，得到了廣泛的推廣與應(yīng)用。我國西北地區(qū)干旱、寒冷、鹽漬化嚴重，渠道防滲材料的選擇受到一定的限制，目前該地區(qū)渠道襯砌的主要材料為混凝土板，存在費用高、抗凍脹性能差、施工工期長、襯砌失效后固體廢棄物污染環(huán)境等一系列突出問題，因此篩選新型防滲襯砌新材料是當前灌區(qū)面臨的重要問題，其研究具有重要的

2、實用價值及現(xiàn)實意義。
　　本文通過室內(nèi)實驗和工程現(xiàn)場試驗對復(fù)合土工膨潤土墊(Geosynthetic Clay Liner)在寒旱鹽漬化地區(qū)的防滲特性及相關(guān)機理進行如下研究：(1)測試 GCL基本特性，結(jié)合研究區(qū)特點及GCL產(chǎn)地進行了試樣篩選；(2)探討了膨潤土在不同電解質(zhì)溶液中的膨脹特性、流變性、粘度、濾失量；(3)凍融循環(huán)及離子雙因素耦合作用對膨潤土特性及GCL防滲性能影響；(4)進行了高溫、低溫、高低溫循環(huán)、紫外線照射、水泥

3、砂漿浸泡、工程現(xiàn)場老化實驗，分析GCL的力學(xué)性能變化；(5)用微觀方法研究了膨潤土的結(jié)構(gòu)，通過微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)(水力半徑、形態(tài)指標、表面分維、孔隙率)分析膨潤土結(jié)構(gòu)變化。得到以下有價值的結(jié)論和成果：
　　(1)膨潤土的水化過程是分階段進行的，電解質(zhì)類型及濃度對膨潤土特性有顯著影響，膨潤土自由膨脹體積、膨脹后的含水率、濾失量與水化液中離子濃度、化合價呈負相關(guān)，濾餅厚度、滲透系數(shù)則相反，呈正相關(guān)；水化液為黃河水時，懸浮體剪切應(yīng)力增加，觸變

4、性降低。切應(yīng)力的大小與膨潤土顆粒分散度、細小顆粒含量呈正相關(guān)，與水化液電解質(zhì)濃度呈負相關(guān)。
　　(2)凍融循環(huán)改變膨潤土顆粒結(jié)合方式，導(dǎo)致粘結(jié)性降低，分散性增強，自由膨脹體積、膨脹后的含水量、剪切應(yīng)力增加，濾失量、濾餅厚度降低；水化液為蒸餾水、黃河水時，31次凍融循環(huán)后自由膨脹體積均值增加了17.8％、32.8%。含水率均值增加了9.3%、16.8%，EC值增加了32.7%、24.9%，剪切應(yīng)力增加了38.0%、37.1%；濾失量

5、均值降低了24.3%、23.4%；濾餅厚度降低了19.4%、15.4%。滲透系數(shù)約增加了1個數(shù)量級，但仍較小，僅為襯砌前渠床土壤滲透率的0.35%~0.72%。滲出過程中有膨潤土顆粒濾出，濾出液EC值降低了55.3%、48.0%。
　　(3) GCL應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈“M”型，有兩個屈服點，分四個階段：下層織物彈性非線性變形階段；下層織物極限斷裂階段；上層織物彈性非線性變形階段以及極限斷裂階段。高溫、低溫、高-低溫循環(huán)、溫度-濕度耦

6、合、紫外線照射、水泥砂漿浸泡均導(dǎo)致GCL的力學(xué)性能降低，影響較大的因素為高溫和紫外線照射。工程現(xiàn)場試驗表明，試驗第1年力學(xué)性能降低幅度較大，隨著泥沙淤積形成覆蓋層，老化速度降低。
　　(4)GCL應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系可用高斯雙峰擬合得到的本構(gòu)方程描述，經(jīng)檢驗，有較好的相關(guān)性。其系數(shù)與不同老化因素呈指數(shù)、對數(shù)關(guān)系，使用年限預(yù)測結(jié)果表明，30年后其殘余應(yīng)力值可達到30%。
　　(5) X熒光光譜分析結(jié)果表明：試樣有良好的結(jié)晶度及層狀結(jié)

7、構(gòu)，膨潤土的主要成分為SiO2。黃河水水化凍融后金屬氧化物的含量略有增加。膨潤土SEM圖像表明：電解質(zhì)濃度及凍融循環(huán)影響膨潤土孔隙分布、孔隙表面特征及孔隙的大小，可以通過膨潤土微觀結(jié)構(gòu)的孔隙表面分維、孔隙率、水力半徑和形態(tài)等微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)描述。試樣水力半徑在33.18~372.11μm之間；孔隙率在6.21%~69.69%之間，表面分維在1.18~1.22之間，形態(tài)指標在0.05~0.52之間，孔隙主要以不規(guī)則板狀孔隙結(jié)構(gòu)為主。工程現(xiàn)場試