膨润土复合土工垫在防渗工程中的应用

第1章 引 言 1．1 研究背景及意义 1．2 GCL简介 1．3 膨润土特性 1．4 国内外研究现状 1．5 研究内容及技术路线第2章 实验材料基本特性 2．1 实验材料结构 2．2 试样筛选 2．3 膨润土性能测试 2．4 GCL力学性能测试 2．5 GCL愈合能力测试 2．6 小结第3章 电解质对GCL特性影响 3．1 膨润土水化理论 3．2 实验方法 3．3 实验结果分析 3．4 小结第4章 冻融作用对膨润土特性影响 4．1 研究区概况 4．2 冻胀土体结构影响 4．3 实验方法 4．4 结果分析 4．5 小结第5章 GCL力学性能研究 5．1 土工织物老化研究方法 5．2 实验材料与方法 5．3 实验结果分析 5．4 GCL本构模型分析 5．5 小结第6章 膨润土微观结构分析 6．1 实验材料与方法 6．2 结果分析 6．3 小结第7章 结论与展望 7．1 结论 7．2 展望参考文献后 记

内蒙古河套灌区地处干早，半干旱、半荒漠草原地带，地处季节冻土区，渠道衬砌面临诸多问题，针对河套灌区在衬砌中存在的问题，水利部门进行了多年的不同衬砌形式渠道防渗效果与抗冻胀的试验研究，不断尝试使用多种材料与技术。周春生编著的《膨润土复合土工垫在防渗工程中的应用(精)》通过室内试验和工程现场试验对膨润土复合土工垫在寒旱盐渍化地区的防渗特性及相关机理进行研究，探讨了膨润土在不同电解质溶液中的膨胀特性、流变性、黏度、滤失量：冻融循环及离子耦合作用对膨润土特性及膨润土复合土工垫防渗性能的影响：并对其老化特性进行了分析，用微观方法研究了膨润土的结构，通过微观结构参数分析了膨润土结构变化。 随着水资源供需矛盾的加剧，节约利用水资源弓f起了各行业的高度重视，农业是用水大户，实施节水灌溉工程势在必行，其中渠道衬砌防渗工程以其施工简单、造价低等优点，得到了广泛的推广与应用。我国西北地区干旱、寒冷、盐渍化严重，渠道防渗材料的选择受到一定的限制，目前该地区渠道衬砌的主要材料为混凝土板，存在费用高、抗冻胀性能差、施工工期长、衬砌失效后固体废弃物污染环境等一系列突出问题，因此筛选新型防渗衬砌新材料是当前灌区面临的重要问题，其研究具有重要的实用价值及现实意义。周春生编著的《膨润土复合土工垫在防渗工程中的应用(精)》通过室内实验和工程现场试验对复合土工膨润土垫 (GeosyntheticClay IAner，GCL)在寒旱盐渍化地区的防渗特性及相关机理进行如下研究：①测试GCL基本特性，结合研究区特点及GCL产地进行了试样筛选；②探讨了膨润土在不同电解质溶液中的膨胀特性、流变性、黏度、滤失量；③冻融循环及离子双因素耦合作用对膨润土特性及GCL防渗性能影响；④进行了高温、低温、高低温循环、紫外线照射、水泥砂浆浸泡、工程现场老化实验，分析GCL的力学性能变化；⑤用微观方法研究了膨润土的结构，通过微观结构参数(水力半径、形态指标、表面分维、孔隙率)分析膨润土结构变化。得到以下有价值的结论和成果：(1)膨润土的水化过程是分阶段进行的，电解质类型及浓度对膨润土特性有显著影响，膨润土自由膨胀体积、膨胀后的含水率、滤失量与水化液中离子浓度、化合价呈负相关，滤饼厚度、渗透系数则相反，呈正相关；水化液为黄河水时，悬浮体剪切应力增加，触变性降低。切应力的大小与膨润土颗粒分散度、细小颗粒含量呈正相关，与水化液电解质浓度呈负相关。(2)冻融循环改变膨润土颗粒结合方式，导致黏结性降低，分散性增强，自由膨胀体积、膨胀后的含水量、剪切应力增加，滤失量、滤饼厚度降低；水化液为蒸馏水、黄河水时，31次冻融循环后自由膨胀体积均值增加了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％，剪切应力增加了38．0％、37．1％：滤失量均值降低了24-3％、23。4％；滤饼厚度降低了19．4％、15．4％。渗透系数约增加了1个数量级，但仍较小，仅为衬砌前渠床土壤渗透率的0．35％~0．72％。渗出过程中有膨润土颗粒滤出，滤出液Ec值降低了55．3％、48．0％。(3)GCL应力一应变曲线呈“M”形，有两个屈服点，分四个阶段：下层织物弹性非线性变形Ngt；下层织物极限断裂阶段；上层织物弹性非线性变形阶段以及极限断裂阶段。高温、低温、高一低温循环、温度一湿度耦合、紫外线照射、水泥砂浆浸泡均导致GCL的力学性能降低，影响较大的因素为高温和紫外线照射。~12程现场试验表明，试验第1年力学性能降低幅度较大，随着泥沙淤积形成覆盖层，老化速度降低。(4)GCL应力一应变关系可用高斯双峰拟合得到的本构方程描述，经检验，有较好的相关性。其系数与不同老化因素呈指数、对数关系，使用年限预测结果表明，30年后其残余应力值可达到30％。(5)x荧光光谱分析结果表明：试样有良好的结晶度及层状结构，膨润土的主要成分为Si02。黄河水水化冻融后金属氧化物的含量略有增加。膨润土SEM图像表明：电解质浓度及冻融循环影响膨润土孔隙分布、孔隙表面特征及孔隙的大小，可以通过膨润土微观结构的孔隙表面分维、孔隙率、水力半径和形态等微观结构参数描述。试样水力半径在33．18~372．11gm；孔隙率在6．21％~69．69％，表面分维在1．18～1．22，形态指标在0．05~0．52，孔隙主要以不规则板状孔隙结构为主。工程现场试验2年后膨润土孔隙率增加。 (6)根据研究成果结合试验区特殊环境，提出了GCL在类似地区应用的工程措施。 《膨润土复合土工垫在防渗工程中的应用(精)》由周春生等编著。