【摘 要】
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卫生填埋是我国目前处理城市固体废弃物的主要方式之一。膨润土衬垫（Geosynthetic clay liner,简称GCL）是新建和改建填埋场底部与周边防渗系统的关键材料,具有渗透系数低,自愈合能力强以及易于施工等优点。目前,对于GCL防渗性能的研究,主要集中在化学和应力等单因素影响方面,但是,实际填埋场中,GCL的服役过程是个复杂的多场耦合问题。本文通过试验研究、数值模拟和理论分析等手段,针对在
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卫生填埋是我国目前处理城市固体废弃物的主要方式之一。膨润土衬垫（Geosynthetic clay liner,简称GCL）是新建和改建填埋场底部与周边防渗系统的关键材料,具有渗透系数低,自愈合能力强以及易于施工等优点。目前,对于GCL防渗性能的研究,主要集中在化学和应力等单因素影响方面,但是,实际填埋场中,GCL的服役过程是个复杂的多场耦合问题。本文通过试验研究、数值模拟和理论分析等手段,针对在化学和应力耦合作用下GCL的防渗性能进行了测试,分析了GCL渗透破坏的细观机理,提出了预测化学和应力耦合作用下GCL渗透系数的理论计算公式。具体研究内容如下:开展了在不同化学和应力作用下GCL的柔性壁渗透试验,得出单化学、单应力及化学-应力耦合作用下GCL的渗透系数,分析了渗透系数随溶液浓度、阳离子化合价以及应力等变化的规律,对比了化学和应力耦合作用与单一因素作用之间的区别,分析了化学和应力耦合作用下GCL的防渗性能。采用COMSOL Multiphysics软件,构建了去离子水作用下膨润土颗粒的膨胀模型,得出曲折度和有效孔隙率等随膨润土颗粒膨胀过程变化而变化的规律,分析了颗粒粒径、初始孔隙率、曲折度和有效孔隙率等对渗透系数的影响。同时构建了化学和应力耦合作用下GCL的数值渗透模型,得出在化学溶液和应力耦合作用下,颗粒膨胀率、有效孔隙率以及流径曲折度等随溶液浓度和上覆压力变化而变化的非线性规律,分析了其内在细观机理,并与单化学和单应力作用下的工况进行了对比。基于试验和数值模拟研究结果,得出有效孔隙率和曲折度与粒径以及初始孔隙率之间的关系,建立了去离子水作用下GCL渗透系数的预测公式。同时,对化学和应力耦合作用下GCL的渗流规律进行了理论分析,得出有效孔隙率与溶液浓度以及应力之间的理论模型,建立了在化学和应力耦合作用下,并考虑化学溶液浓度、有效孔隙率、曲折度以及压力等共同作用的GCL渗透系数理论计算公式。
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