温度和填埋高度引起的垃圾填埋场边坡部土工膜张拉力评价

基于垃圾填埋场边坡部衬垫系统各材料之间的界面摩擦特性,提出了温度和垃圾填埋引起的土工膜端部张拉力的评价方法。以短纤维无纺布、HDPE土工膜组成衬垫系统,进行了不同填土高度下土工膜端部张拉力室外试验。试验结果表明：当填埋高度较小时,作用在HDPE土工膜端部的张拉力主要为温度应力;温差越大,土工膜端部的张拉力越大;随着填埋高度的增加,填埋引起的HDPE土工膜端部张拉力增大。运用提出的评价方法对温度和垃圾高度引起的土工膜端部张拉力进行了评价,并与试验结果进行了对比,评价温度应力时,考虑界面摩擦作用的土工膜张拉力计算结果与实测结果基本一致。     

垃圾填埋场斜坡上土工合成材料受力分析

为了评价垃圾填埋场防渗系统材料界面之间的摩擦特性以及土工合成材料端部的应力,进行了模拟试验和有限元分析。采用直接剪切试验,获得了土与短纤维无纺布、短纤维无纺布与HDPE土工膜以及短纤维无纺布与TPO（PE）界面的摩擦角和黏聚力;采用离心模拟试验,得到了伴随土压缩引起的短纤维无纺布和土工膜端部拉应力。试验结果表明：材料界面之间的摩擦角较大,但黏聚力不大;伴随填埋高度的增加,短纤维无纺布和土工膜端部的拉应力也随之增大。运用有限元对土压缩引起的短纤维无纺布和土工膜端部拉应力以及界面的摩擦应力分布进行了分析,并与试验结果进行了对比,分析结果表明：两者基本一致,碾压机械下方土工膜界面之间摩擦应力比较大。     

加肋土工膜与砂土界面特性研究

高密度聚乙烯（high-density polyethylene,简称HDPE）土工膜与土之间的抗剪强度较低是填埋场沿底部衬垫失稳的一个重要的原因。尽管糙面土工膜与黏土之间的摩擦系数较大,但随着应力积累,糙面土工膜很容易被拉裂,或者由于表面的颗粒被磨掉而使界面摩擦性能降低。在传统土工膜的基础上,提出了一种非满布单层加肋土工膜,并进行大量的界面直剪试验,研究在不同正应力和加肋间距下土工膜与砂土之间的界面特性、强度特性。试验结果表明,条状土工膜提高的是黏聚力,其内摩擦角有所下降,而块状土工膜黏聚力和内摩擦角都有很大程度的提高;随着加肋间距的减小,黏聚力逐渐的增大,而内摩擦角超过一定值后,又随着加肋间距的增加逐渐减小,这说明加肋间距存在一个最优值。加肋土工膜相比于光面土工膜、糙面土工膜,在提高界面抗剪强度的同时,依旧保持其较好抗拉裂性能,是一种较好的新型土工合成材料。     

加肋土工膜衬垫系统稳定性分析

针对填埋场衬垫系统薄弱界面容易失稳,在加肋土工膜与砂土界面力学机制分析的基础上,改进了传统双楔体分析法,考虑了加肋土工膜肋块端部端承阻力对衬垫系统稳定性的影响,建立了加肋土工膜衬垫系统稳定性分析解析解。结合某实际工程初步设计,对加肋土工膜衬垫系统进行了稳定性分析,探讨了肋块形状、肋块高度和加肋间距对衬垫系统安全系数的影响。分析结果表明,该解析解能更好地计算加肋土工膜衬垫系统的安全系数。当加肋间距为20 mm时,肋块高度对安全系数的影响较大;当肋块高度一定时,安全系数随着加肋间距增加而逐渐减小;在加肋间距大于200 mm之后,加肋土工膜已接近光面土工膜的剪切特性。     

垃圾填埋场复合衬垫剪切特性单剪试验研究

针对垃圾填埋工程中复合衬垫的界面抗剪特性,利用改进的叠环式单剪仪,对由砂土-无纺型土工布-土工网格-土工膜-夯实粘土组成复合衬垫进行了整体剪切试验研究。重点讨论了复合衬垫整体单剪试验的应力-位移曲线、相同剪切应力下各个界面的位移大小与变化特征和强度特性。研究结果表明：复合衬垫整体单剪试验的应力-位移曲线在低法向应力试验中没有呈现明显的软化特征,在高法向应力试验中有硬化现象;随法向应力增加剪切破坏面会发生转移;目前常用的把复合衬垫拆分为单个界面进行研究来确定最危险界面的方法不能够正确地反映填埋场中的复合衬垫在加载过程中的衬垫单元的实际受压变形情况和在剪切变形过程中最危险破坏面转移的情况;复合衬垫界面的抗剪强度包线呈现双曲线性质。     

填埋场衬垫系统界面本构模型研究

典型垃圾填埋场衬垫系统由土/土工膜、土工膜/土工织物等多个界面组成,这些界面抗剪强度低,成为潜在的滑裂面,容易使填埋场发生沿界面的失稳破坏。本文根据大量土/土工膜界面直剪试验的研究,针对该界面的变形机理和应变软化特性,在前人研究的基础上确定了接触面的厚度,定义了接触面的切向应变和法向应变,将界面的变形分为3个阶段:弹性阶段,塑性阶段和残余阶段。同时提出了适合于土与土工膜界面的弹塑性本构模型。该本构模型参数较少,物理意义明确,运用简单方便。最后,结合Filz接触面直剪试验和钱学德单剪试验的结果,将通过该模型得到的拟合结果与之进行了对比验证分析。研究结果表明:本文提出的土与土工膜界面弹塑性本构模型是合理可行的,且建模方便,适用于工程实践。     

HDPE土工膜温度应力的试验研究

为了评价HDPE土工膜中产生的温度应力,提出了温度应力的简易评价方法。通过室内试验,得到HDPE土工膜的环境温度与弹性模量、线膨胀系数的关系;同时通过室外模拟试验,采用热电偶、传感器和变位计得到了不同覆土厚度下HDPE土工膜的温度应力值。结果表明：随着环境温度的降低HDPE土工膜的温度应力呈直线下降。运用提出的评价方法,试验结果与温度应力的计算值进行了对比,计算值与试验值符合较好,但随着覆土厚度的增加,计算值与试验值的偏离变大     

有机污染物在复合衬垫中的运移分析

有机污染物在垃圾填埋场复合衬垫中有两种不同的运移方式:土工膜上缺陷处污染物的运移和完好复合衬垫中污染物的扩散。文章分别用有限差分法和解析法对两种方式下污染物的累积量进行计算,分析了两种方式对有机污染物运移所做的贡献。研究表明:GCL(人工合成材料粘土衬垫)复合衬垫以有机污染物在完好复合衬垫中的扩散为主,可以忽略缺陷处污染物的运移;而CCL(压实黏土衬垫)复合衬垫中两种运移方式所做的贡献在同一数量级,需要考虑两种方式的共同作用。在GCL复合衬垫下铺设粘土层能有效改善GCL复合衬垫对有机污染物的阻止效果。     

填埋场封场覆盖系统稳定性统一分析模型构建及应用研究

为探讨不同界面形式下有限长与无限长填埋场边坡封顶覆盖系统稳定特性,通过模型试验确定了不同边坡长度下界面分别为土工膜和三维网时封场覆盖系统的破坏模式与失稳坡度。基于试验结果建立了覆盖系统的许可破坏模式及其速度场,利用极限分析上限法建立了考虑界面强弱特性以及坡长有限与无限形式的覆盖系统稳定性统一分析模型,并利用模型试验结果对该理论进行验证。运用文中提出的理论模型对新型环保的垃圾填埋场封场覆盖生态污泥腾发覆盖技术（EST）中防护基材稳定性进行定量分析。研究结果表明：覆盖层失稳时,滑移面分为上、下两段,上段为平行于坡面的直线,下段为位于覆盖层内部近似为与坡面成一定夹角的直线;减小边坡长度能使覆盖系统稳定特性提高,但减小覆盖层厚度对覆盖系统稳定的增减影响与界面强弱形式有关;覆盖系统稳定特性主要由界面抗剪强度控制,增加基材强度并不能大幅度提升覆盖系统稳定特性,且增加界面黏聚力对覆盖系统稳定贡献明显优于增加界面摩擦系数。     

加肋土工膜与砂性土界面相互作用机制分析

针对填埋场衬垫系统薄弱界面容易失稳,基于前期已完成的高密度聚乙烯（HDPE）加肋土工膜与砂性土界面直剪试验,以及结合试验结果对界面剪切特性及试样破坏形态分析的基础上,探讨了加肋土工膜与砂性土界面相互作用机制,给出了加肋土工膜与砂性土界面总阻力由面摩阻力、肋块所受端承阻力和侧摩阻力3部分组成的具体表达式,其中,肋块所受端承阻力是基于塑性滑移场理论建立起来的。同时,认为肋块端承阻力是提高加肋土工膜与砂性土界面剪切强度的主要原因,尤其在较高法向应力下,肋块端承阻力更能得到充分发挥。理论分析与试验结果较为吻合,该表达式能合理反映加肋土工膜与砂性土界面的总阻力。     

土工膜微结构破损机理分析

为了探讨土工膜的微观结构特性和对其破坏渗漏机理做微观评价,采用光学显微镜和电镜对在各种不同延伸率受力状况下的土工膜微结构进行了分析。其研究的难点为拍摄一定延伸率下土工膜微结构技术及显微图像的数据处理。由显微成像得知：光镜与电镜成像结果是一致的,土工膜破坏不仅与颗粒杂质有关,而且与结构本身塑性有关。     

考虑界面软化特性的垃圾填埋场斜坡上土工膜内力分析

为分析垃圾填埋场斜坡上防渗系统中的土工膜在上覆垃圾堆体重力作用下产生的拉应力,考虑土工膜-黏土界面的应变软化特性,通过建立土工膜受力的平衡方程获得了土工膜拉应力的解析解。与传统方法相比,该方法可分析土工膜-黏土界面不同位置所处的3种应力状态：弹性状态、软化状态及残余状态,从而使得垃圾填埋场斜坡上土工膜的受力分析更为合理。参数分析显示,当软化阶段的强度损失及残余位移与峰值位移的差值较小时,土工膜-黏土界面的峰值强度对土工膜最大拉应力的影响较小,而其残余强度是主要控制因素;而当土工膜-黏土界面的软化特征较明显时,则峰值强度和残余位移的影响也更为明显。另外,土工膜上覆堆体高度、斜坡坡度及土工膜锚固长度对土工膜拉应力也有较大影响。     

A general approach to the modelling of contaminant transport through composite landfill liners with intact or leaking geomembranes

Finite‐element models of contaminant transport through composite landfill liners require highly refined meshes around the interface between the geomembrane and the clay layer, especially if leakage through holes in the geomembrane is considered. In addition, no general formulation for transport through leaking geomembranes can be found in the literature. The paper develops a general approach to time‐dependent contaminant migration through composite liners with intact or leaking geomembranes. Equations are derived for various combinations of system conditions including Dirichlet and Neumann boundary conditions in the waste, constant mass of contaminants in the waste, steady state or transient transport in the geomembrane, and steady state or transient seepage velocities in the mineral liner. The effect of the geomembrane on transport in the soil is converted into an equivalent boundary condition applicable at the top of the clay layer. Hence, only the media underlying the top geomembrane are explicitly represented in the numerical model, yielding a computationally efficient algorithm. The new formulation is validated in conjunction with finite‐layer, finite‐element and boundary‐element methods, by comparing its predictions to those of more conventional approaches which represent the geomembrane explicitly. The scope of the method is illustrated by modelling a landfill liner with a geomembrane leaking in five locations. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

平原水库防渗膜下气胀现象产生机制现场试验研究

对库盘铺膜平原水库的气胀现象产生机制进行了理论探讨和现场试验研究。分析指出围坝填筑、库水位快速下降及地下水位上升等因素是导致膜下产生气胀的主要原因。在德州大屯水库进行了现场试验,模拟了不同膜上荷重、不同地下水位上升幅度和速率等试验工况,对膜下地层不同埋深处孔隙压力和膜下气胀现象进行了观测,分析了各因素对膜下气胀变化规律影响。试验结果表明,地下水位快速上升能够引起膜下气胀压力加大,地下水位上升幅度影响膜下气胀压力的大小;不同地下水位上升速率对膜下气场影响较小,在膜上设置一定荷载可较好地防止膜顶托或胀破。     

深厚覆盖层上复合土工膜防渗堆石坝筑坝特性研究

在扼要分析防渗土工膜主要力学特性的基础上,结合一在建的深厚覆盖层上复合土工膜防渗堆石坝,对其进行非线性结构分析,着重研究复合土工膜和防渗墙的受力变形特性,并对几种不同规格的复合土工膜进行选型分析,确定适合大坝选用的防渗复合土工膜。此外,对坝体和坝基材料参数变化对复合土工膜和防渗墙受力变形的影响进行了敏感性分析。研究表明,在现有可能不利条件下该坝复合土工膜和防渗墙的应力变形均在合理可控范围之内,大坝结构安全能够满足要求。     

复合土工膜蠕变性能的试验研究

为了了解复合土工膜在长期荷载作用下的蠕变性能,对两布一膜土工合成材料的蠕变问题进行了4级荷载下的蠕变试验研究,通过理论分析建立了两布一膜土工合成材料蠕变方程。结果表明：两布一膜的蠕变特性与承受的荷载有关,当荷载越大,蠕变应变越大;在恒载长期拉伸作用下,两布一膜表现出很强的横向收缩特性,并且颈缩量的大小与荷载成正比;低于60 %极限荷载作用,材料强度仍然保持在70 %左右,可视为可靠而不影响工程的稳定性。     

泥皮存在时防渗墙与复合土工膜联接型式模型试验

防渗墙与复合土工膜联合作为防渗体系已广泛用于围堰工程,但变形不协调易导致联接部位处土工膜的破坏。通过某围堰工程复合土工膜与防渗墙联接部位离心模型试验,模拟防渗墙泥皮及其厚度、堰体填料的沉降变形等,研究不同联接方式时复合土工膜应变的变化规律。试验结果表明：当联接部位处土工膜水平铺设时,土工膜紧靠防渗墙的部位尤其是泥皮范围以内将产生较大应变,当防渗墙与周围堰体的差异变形达到一定量时,土工膜产生拉裂破坏;当土工膜先竖向抬高一段距离后再水平铺设,水平铺设段的土工膜应变明显减小,且随着与防渗墙的距离越远,土工膜应变越小。防渗墙泥皮的存在可有效缓解土工膜局部受力。     

围堰防渗墙与复合土工膜联接型式试验研究

防渗墙上接土工膜是围堰常用的防渗体系,两者变形是否协调是决定防渗成败的关键。以某围堰工程为例,通过围堰防渗体系中复合土工膜的受力分析和复合土工膜与砂砾料界面的直剪摩擦试验,研究了土工膜与填料之间的相互作用,提出了保证土工膜不被拉断应满足的条件。另外,通过离心模型试验监测复合土工膜在堰体与防渗墙变形过程中的应变,揭示了复合土工膜的受力性状和联接部位的破坏机制。结果表明,在一定上覆荷载作用下复合土工膜与堰体之间的摩阻力超过其所承受的拉伸力,导致预留伸缩节不能发挥作用;复合土工膜下部风化砂的固结变形使之与刚性防渗墙之间产生较大的差异沉降以及防渗墙与上游堰体的水平脱离,两种变形不协调均可导致与防渗墙联接部位的土工膜因受拉而破坏,在该基础上提出了改进的土工膜与防渗墙的联接型式和铺设方法。试验成果为指导围堰防渗体系的分析和设计提供了可靠的依据。