干-湿与冻-融交替循环条件下垃圾填埋场复合防渗系统长期防渗性能的研究

垃圾填埋场服役期限长，潜在危害大。防渗系统长期防渗性能的优劣是垃圾填埋场建造质量的关键环节之一。鉴于西北地区干旱、半干旱气候特征、砾质土料储量丰富以及土工织物膨润土垫（GCLs）防渗新技术在国内外已逐步得到推广应用的实际情况，提出了以宽级配砾质土料、GCLs和土工膜（GM）组合构成垃圾填埋场复合防渗系统的设计思想。项目拟采用理论分析与试验验证相结合的方法，重点研究干-湿与冻-融交替循环条件下，宽级配砾质土料与GCLs/GM垫层之间的抗剪强度特性和复合防渗系统的长期防渗性能。采用宽级配砾质土代替粘土作为GCLs/GM防渗垫的保护层，既有效利用了砾质土料源丰富的资源优势，又可以充分发挥砾石土抗剪强度高、压缩变形小、适应干-湿与冻-融特殊环境等特性，不仅能大幅度降低垃圾填埋场建造成本，而且可以弥补传统粘土防渗材料以及GCLs等人工防渗材料抗剪强度低、失水易干裂等工程缺陷，具有较高的实用价值。

垃圾填埋场服役期限长，潜在危害大。防渗系统的优劣是垃圾填埋场建造质量的关键环节之一，以土工织物膨润土垫/土工膜（GCLs/GM）为防渗垫层的复合防渗系统是国内外生活垃圾填埋普遍采用的一种防渗型式。然而，水化后的GCLs虽然防渗性能优越，但同时表现出抗剪强度低的弱点。鉴于西北地区干旱、半干旱气候特征、砾质土料储量丰富以及GCLs防渗新技术在国内外已逐步得到推广应用的实际情况，提出了以宽级配砾质土料与GCLs/GM组合构成垃圾填埋场复合防渗系统的设计思想。为探索在干湿与冻融交替循环条件下这种复合防渗系统的水力学与工程力学特性及其变化规律，课题研究工作包括两个主要环节，一是探索宽级配砾质土作为防渗垫保护层的抗渗性能，这个环节试图解决的问题是遴选出满足行业规范中对保护层渗透系数要求的宽级配砾质土颗粒级配及其在特殊环境下渗透系数变化规律；二是探索作为防渗垫保护层的宽级配砾质土与GCLs防渗垫之间的抗剪强度，这个环节试图解决的问题是利用宽级配砾质土抗剪强度高的特性来弥补GCLs湿化后抗渗性能优良而抗剪强度较低的缺陷。首先通过击实与渗透试验，优选出了符合垃圾填埋场规范中有关保护层土料渗透系数条款的宽级配砾质土料颗粒级配。然后进行了上述复合防渗系统的渗透试验和宽级配砾质土料与GCLs防渗垫之间抗剪强度试验。渗透试验包括两项内容：①优选的土料以及由该土料与GCLs构成的复合体在冻-融循环中渗透系数变化情况，探究了随冻-融循环次数增加其渗透系数的变化规律；②采用压力膜仪法测定了压实宽级配砾质土经多次干-湿循环后的脱湿土壤水分特征曲线，总结了压实宽级配土样随干-湿循环次数的增加其土壤水分特征曲线的变化规律。抗剪强度试验也包括两个试验：①优选的土料与GCLs构成的复合体在不同水化条件下，其接触面抗剪强度变化规律；②这种复合防渗系统在冻-融循环条件下其接触面抗剪强度变化规律（试验正在进行中）。此外，通过Plaxis有限元软件模拟了宽级配砾质土与GCLs复合体受力状况以及宽级配砾质土作为保护层时其铺设厚度问题。经过课题研究得到的基本结论是只要合理调整颗粒级配，宽级配砾质土能满足能满足垃圾填埋场技术规范中对保护层渗透系数的要求；只要设置合理的保护层厚度，宽级配砾质土可以作为保护层弥补GCLs湿化后抗剪强度低的缺陷。课题已发表论文4篇，待发论文3篇。培养毕业硕士生2名。完成一项大学生创新实验项目。