曲线覆盖层

2019年3月第35卷第2期沈阳建筑大学学报(自然科学版)JournalofShenyangJianzhuUniversity(NaturalScience)Mar.
2019Vol.
35No.
2收稿日期:2018-01-02基金项目:国家自然科学基金项目(51578356)作者简介:赵俭斌(1960—)男教授主要从事岩土工程方面研究.
文章编号:2095-1922(2019)02-0239-07doi:10.
11717/j.
issn:2095-1922.
2019.
02.
06台州某填埋场覆盖层粉质黏土的土-水特征曲线研究赵俭斌1常新芳2邱战洪13朱赞成3(1.
沈阳建筑大学土木工程学院辽宁沈阳1101682.
中国航天建筑设计研究院有限公司北京1000713.
台州学院建筑工程学院浙江台州318000)摘要目的得到台州市某垃圾填埋场覆盖层粉质黏土的土-水特征曲线通过土-水特征曲线对该覆盖层的防渗性进行研究在此基础上对影响覆盖层防渗性的因素进行分析.
方法采用蒸汽平衡法研究相同干密度土样在20℃、40℃、60℃条件下的吸力并分别对稳定后土样的含水率、饱和度以及孔隙比进行测定分别绘制S-ω曲线、S-Sr曲线及S-e曲线来表征土样的土-水特征曲线.
结果在S-ω曲线及S-Sr曲线中脱湿曲线位于吸湿曲线上方在低温及低吸力环境下曲线中脱湿曲线与吸湿曲线间的滞回现象明显在S-e曲线中吸湿曲线位于脱湿曲线上方且温度对于土样孔隙比的影响不大.
结论温度与吸力将会对覆盖层粉质黏土的持水能力产生影响吸力会对覆盖层内部的孔隙分布产生影响而土样的持水能力及孔隙分布将会影响到覆盖层材料的防渗性所得结论可以为填埋场生物覆盖屏障的设计提供参考.
关键词土-水特征曲线蒸汽平衡法干密度温度粉质黏土中图分类号TU441文献标志码AStudyonSoil~WaterCharacteristicCurvesofSiltyClayofaLandfillCoverinTaizhouZHAOJianbin1CHANGXinfang2QIUZhanhong13ZHUZancheng3(1.
SchoolofCivilEngineeringShenyangJianzhuUniversityShenyangChina1101682.
ChinaAerospaceCon~structionGroupBeijingChina1000713.
CollegeofCivilEngineeringandArchitectureTaizhouUniversityTaizhouChina318000)Abstract:Thesoil~watercharacteristiccurveofsiltyclayinthecoverofalandfillinTaizhouwasobtained.
Theimpermeabilityofthelandfillcoverwasstudiedbythesoil~watercharacteristiccurve.
Onthisbasisthefactorsaffectingtheimpermeabilityofthelandfillcoverwereanalyzed.
Thevaporbalancemethodwasusedtostudythesuctionofsoilsampleswiththesamedrydensity240沈阳建筑大学学报(自然科学版)第35卷at20℃40℃and60℃.
Themoisturecontentsaturationandvoidratioofstabilizedsoilsamplesweremeasured.
TheS~ωcurveS~SrcurveandS~ecurveweredrawntocharacterizethesoil~watercharacteristiccurveofsoilsamples.
IntheS~ωcurveandS~Srcurvethedrainagecurveisabovetheimbibitioncurveandhystereticphenomenabetweenthedrainagecurveandtheimbibitioncurveisobviousinthelowtemperatureandlowsuctionenvironment.
IntheS~ecurvetheimbibi~tioncurveisabovethedrainagecurveandtemperaturehaslittleeffectonthevoidratioofsoilsamples.
Temperatureandsuctionwillaffectthewater~holdingcapacityofsiltyclayinthelandfillcoversuctionwillaffecttheporedistributioninthelandfillcoverthewater~holdingcapacityandporedistributionofsoilsamplewillaffecttheimpermeabilityofthecovermaterial.
Theconclu~sionscanprovidereferenceforthedesignoflandfillbiologicalcoverbarrier.
Keywords:soil~watercharacteristiccurvevaporbalancemethoddrydensitytemperaturessiltyclay目前我国仍有上万座在役填埋场需要进行安全无害化处理目前对于此类填埋场的处理主要着重于防止填埋气无规则排放引起爆炸以及阻止雨水入渗至垃圾堆体内部而形成渗滤液其主要的处理手段是对填埋场上部的覆盖系统进行完善.
现阶段关于垃圾填埋场的覆盖屏障国内的学者大多致力于腾发覆盖系统和黏土覆盖屏障防渗性能方面[1-3]的研究通过相关研究可知采用腾发覆盖系统、多层材料覆盖系统以及毛细阻滞型覆盖系统将会有效的减缓雨水的入渗作用蔡武军等[4]通过研究可知覆盖层上部裂缝深度应当控制在01倍土层厚度以内否则将会影响到覆盖层的防渗性能.
贾官伟[5]对水分在覆盖层内的运移规律进行分析并在此基础上建立了液体在覆盖层内部运移的数学模型.
而对于填埋气收集以及控制等方面的研究张俊旭等[6]利用土柱装置对覆盖层内的气体运移规律进行分析研究得出扩散作用是影响各组分气体分布的主要方式.
Herrmann等[7]研究发现将粉煤灰掺入到污泥中作为填埋场覆盖层的基质时有较好的甲烷氧化能力Abichou等[8]研究发现堆肥物作为填埋场覆盖层基质时填埋废气的组成和释放速度会影响到甲烷的氧化能力岳波等[9]的研究表明25℃和25%的含水率是最佳氧化条件王丹等[10]利用粉煤灰+有机堆肥物的混合物进行甲烷氧化试验研究表明改性后的混合基质有很好的甲烷氧化能力.
由此可以看出对传统黏土覆盖层进行生物覆盖屏障改造是减少甲烷排放进行简易填埋场无害化治理的重要手段.
但对填埋场生物屏障的研究过程中需要对覆盖层的防渗性进行考虑以防止雨水入渗到填埋场内而形成渗滤液.
而土水特性曲线是研究黏土覆盖层防渗性的重要依据.
笔者对台州市某填埋场的覆盖层粉质黏土进行蒸汽平衡法试验量测相同干密度土样在不同温度条件下的土-水特征曲线通过分析吸力与土样孔隙比、饱和度和含水率的关系得出这些参数之间的变化关系为进一步探究粉质黏土的水力力学性质提供有用的试验数据.
1试验材料与方法1.
1试验材料及仪器试验中所采用的土样取自浙江省台州市某填埋场该地区地处亚热带季风气候年平均气温为191℃.
该填埋场主要采用黏土作为覆盖层掺杂部分黄土.
取土深度为02~03m土样呈灰褐色稍湿硬塑状态裂隙不发育黏性较差夹杂少量的小石子、毛发等.
将土样烘干碾散过2mm筛备用.
经X衍射分析法可知其矿物主要成分为石英(Qtz)、斜长石(Pl)、绿泥石(Chl)、云母(Mica)黏土矿物含量较少土样持水能第2期赵俭斌等:台州某填埋场覆盖层粉质黏土的土-水特征曲线研究241力较差[11-12].
颗粒筛分实验时由于小于0075mm的土样大于总质量的10%所以取处理过的土样烘干进行密度计法和筛析法联合分析[13].
通过部分土工试验[13]得出土样的物理性质指标见表1.
由表1可以看出土样的液限、塑限和塑性指数均较低属于低液限粉质黏土.
表1粉质黏土的物理性质指标Table1Physicalpropertyindexofsiltyclay天然含水率/%土粒相对密度液限/%塑限/%塑性指数质量分数(粒径覆盖层粉质黏土的土-水特征曲线研究243件下利用吸力-饱和度(S-Sr)曲线表示的土-水特征曲线如图4所示.
图中脱湿曲线在吸湿曲线上方且用吸力及饱和度所表示的土-水特征曲线较吸力与含水率所表示的土-水特征曲线相比其滞回现象更加明显.
但随着温度的升高滞回现象逐渐消失.
图4不同温度下粉质黏土吸力和饱和度关系图Fig4Relationshipsbetweensuctionandsaturationofsiltyclayunderdifferenttemperatures由图3和图4看出温度对非饱和粉质黏土的土-水特征曲线有较为明显的影响在吸力一定的情况下随着温度的升高土样的含水率和饱和度均随着温度的升高而降低但这种影响在达到某一吸力值时基本消失即随着温度的升高土样持水能力降低而且在低吸力范围影响更为明显这一结论与文献[14]相同.
2.
3土样孔隙比和吸力的关系蒸汽平衡法中在试样的干密度相同且试验温度不同的条件下所得出的吸力-孔隙比(S-e)曲线如图5所示.
由图可以看出吸湿曲线在脱湿曲线上方正好与S-w曲线和S-Sr曲线相反.
孔隙比随着吸力的增加而减小随着吸力的降低而增加.
244沈阳建筑大学学报(自然科学版)第35卷图5不同温度下粉质黏土吸力和孔隙比关系Fig5Relationshipsbetweensuctionandvoidrationofsiltyclayunderdifferenttemperatures2.
4土样孔隙比和饱和度关系保持试样的干密度相同测量出不同温度下土样孔隙比与饱和度求出两者的关系曲线如图6所示.
由图可以看出脱湿曲线也是在吸湿曲线上方在吸力不变的情况下饱和度随着孔隙比的增加而增大且孔隙比与饱和度关系曲线近似直线这一结论与文献[16]和及文献[17]所得到的土样饱和度和其孔隙比的变化关系相符合.
图6不同温度下粉质黏土孔隙比和饱和度关系Fig6Relationshipsbetweenvoidrationandsaturationofsiltyclayunderdifferenttemperatures3结论(1)吸力与温度对土样的持水性能产生影响随着吸力的增大土样的持水能力降低且当吸力增大到某一数值后吸湿曲线与脱湿曲线之间的滞回现象将不再明显.
随着温度的升高土样的持水能力将会下降且当温度升高至某一数值后吸力对于土样滞回作用的影响不再明显.
(2)在S-Sr曲线中土样的滞回现象与S-w曲线相比更为明显且两者的脱湿曲线均在吸湿曲线上方与S-e曲线中脱湿曲线与吸湿曲线的位置相反.
(3)对于土样的孔隙比与饱和度关系曲线在吸力不变的情况下饱和度随着孔隙比的增加而增大且孔隙比与饱和度的关系曲线近似于直线.
第2期赵俭斌等:台州某填埋场覆盖层粉质黏土的土-水特征曲线研究245参考文献[1]张文杰邱战洪朱成仁等.
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