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。     

加肋土工膜与砂土拉拔试验及界面细观分析

为了进一步研究加肋土工膜拉拔试验作用机制,通过室内拉拔试验和粒子图像测速(PIV)分析,研究不同工况下（加肋高度和温度）加肋土工膜与砂土界面的力学性质以及衬垫系统内部颗粒的位移场和速度场分布。拉拔试验结果表明,不同的加肋高度和温度对界面的稳定性有着深刻的影响,极限拉拔阻力随着加肋高度的增加和温度的降低而增大。通过细观分析得出加肋土工膜和砂土界面附近砂土会形成间接影响区。影响区内部的砂土位移和速度比周围砂土颗粒位移和速度大,这是因为肋块在拉拔过程中挤压其左侧的颗粒或带动其整体移动。并且肋块之间的影响区会相互影响扩散,因此对砂土颗粒形成加固作用。试验结果和PIV分析表明,温度和加肋高度对间接影响区有着显著的影响,从而对加肋土工膜与砂土界面的整体稳定性产生影响。     

加肋土工膜与砂土界面中附加应力计算

土工膜与砂土界面力学特性直接影响着填埋场衬垫系统的稳定性。依据弹性力学和土力学的基本理论,推导出加肋土工膜与砂土界面附近砂土中附加应力解析解,得到相应的应力分布。分析结果表明,加肋土工膜与砂土界面中附加应力等值线以双曲线型拱、扩肩型拱和圆弧型拱这3种分布形态存在的,砂土中任意点附加应力分布形态只与肋块长度、肋块表面距离远近有关,与肋块所受端承阻应力无关;在相同条件下,条形肋块比块状肋块对砂土附加应力的影响大,条状加肋土工膜能更有效地提高界面的剪切性能;离肋块表面距离越远,砂土中附加应力值越小,当与肋块表面距离达到12 mm时,这时砂土中附加应力几乎为0,也即肋块对其附近砂土的影响范围为12 mm左右。     

适合国情的垃圾填埋场衬垫系统

发达国家填埋场衬垫标准不适合我国国情。本文根据作者的研究成果及国内外有关研究资料 ,初步研究出了六种适合国情的垃圾填埋场衬垫系统 ,并对有关问题进行了讨论     

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。     

复合衬垫土工膜褶皱网络水力连通性分析方法

褶皱的水力连通长度是复合褶皱渗漏量评估的关键参数,褶皱网络的水力连通性分析还缺乏客观高效的分析方法。基于对漏洞周围水头分布的简化,提出以搜索长度为标准判定褶皱间水力连通性。通过将褶皱线段化,建立了褶皱网络连通性数字化分析方法,并编制了相应的分析程序,研究了该方法在文献报道的褶皱网络和处于良好状态的GM/GCL（土工膜/土工复合膨润土垫）衬垫中的应用。结果表明：搜索长度的定义给出了判定褶皱间水力连通性的客观标准,能反映衬垫的不同参数（如水头、界面导水系数以及渗透系数等）对褶皱间水力连通性的影响。褶皱线段化使褶皱位置和尺寸的描述更容易,数字化的水力连通分析简便且高效。基于该水力连通性分析方法的渗漏量评估结果偏保守。在进行渗漏量计算时,若假定统一的长度来描述褶皱网络,则需要根据漏洞频率的不同选择不同值。该水力连通性分析方法作为渗漏量评估完全数字化的关键环节,具有重要的应用前景。     

垃圾填埋场衬垫系统穿刺性能评价

垃圾中含有铁、玻璃和陶瓷等尖锐物,在荷载作用下极有可能使衬垫系统发生破坏,导致渗滤液流入地下污染周边环境,如何正确评价衬垫系统的穿刺性能很重要。考虑材料的抗拉强度、厚度以及穿刺棒的直径提出了衬垫系统穿刺力的评价公式,并与试验结果进行了比较。结果表明,单层土工膜的抗穿刺力试验结果与评价值比较吻合,但由土工膜与无纺布组成的衬垫系统抗穿刺力的试验值与评价结果有一定偏差;土工膜与无纺布一起使用能大幅度提高衬垫系统的抗穿刺能力,因此土工膜上应铺设无纺布有利于保护衬垫系统;土工膜的抗拉强度越大,抗穿刺能力越强;基础的存在能在一定程度上提高衬垫系统的抗穿刺性能。所得结果对垃圾填埋场衬垫系统的设计具有一定的指导意义     

土工膜岩土力学性质的温度影响试验

HDPE土工膜（geomembrane,GM）在城市卫生填埋场等环保工程中可能会面临高温环境,现有关于GM力学性能的试验研究大都在常温下进行,土工膜力学性质的温度效应关乎到边坡稳定和工程安全.为了揭露土工膜岩土力学性质的温度影响规律,开展了GM温控拉伸试验以及不同温度条件下的GM/砂土界面直剪试验和GM/无纺土工布（geotextile,GT）界面直剪试验.通过对比分析不同温度条件下GM的拉伸性质和GM界面剪切特性,揭露温度环境对土工膜岩土力学性质的定性及定量影响规律.试验结果表明,GM的抗拉强度随温度变化影响显著,相对于常温情况,大于70 ℃的高温可使GM的抗拉强度折减近80%;温度对GM/GT界面剪切特性的影响要明显大于GM/砂土界面,GM岩土力学性质的温度效应引起工程人员的重视.      

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。     

外秦淮河堤防稳定设置土工膜的动态模拟研究

以外秦淮河整治工程为背景,分析研究了外秦淮河堤防背水面在岸坡饱水工况下有或无土工膜设置时的渗透稳定性和抗滑稳定性;针对退水工况设计了3种渗透系数计算方案,分别对堤防临水面在有无土工膜时的渗透稳定性和抗滑稳定性进行了动态模拟,分析比较了有或土工膜时堤防稳定性的差别以及渗透系数的变化对其差别的影响,从而对外秦淮河堤防在运行情况下的稳定性做出了评价,对土工膜铺设对堤防稳定性的影响形成了一些有益的结论。其分析方法与结论可供同类工程借鉴。     

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。     

Stability analysis of membrane‐reinforced curved earth retaining walls,using a multiphase approach

The stability analysis of curved earth retaining walls, stabilized by reinforcing membranes, is investigated by means of a multiphase model developed in the framework of the yield design approach. This model is an extension of that previously developed for soils reinforced by linear inclusions. It combines the advantage of a homogenization approach in terms of improved computational efficiency, with its capability to account for a specific soil–reinforcement failure condition, in a rational and systematic way. Application of this model is performed on the illustrative example of a cylindrical‐reinforced retaining wall by means of the kinematic approach of yield design, which provides upper bound estimates for the retaining wall stability factor. Nondimensional charts are finally presented assessing the influence of relevant parameters such as the curvature of the wall, the length of the reinforcing membranes or the reinforcement pull‐out resistance. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

挡墙加固非饱和土边坡整体稳定性分析

在对挡墙加固边坡进行设计和评价时应综合考虑基质吸力和挡墙对边坡整体稳定性的影响。应用可以考虑基质吸力的弹塑性强度折减有限元程序,分析了挡墙加固非饱和土边坡的整体稳定性,揭示了基质吸力对加固边坡整体稳定性的影响程度,同时亦分析了整体潜在滑动面位置的变化情况,并进行了关于吸力摩擦角的敏感性分析。     

Composite landfill liner design with Ankara clay, Turkey

This study presents an overview of the geotechnical properties of the clayey soils, referred to as Ankara clay, at two sites of the Ankara region in an attempt to design a landfill profile composed of a high density polyethylene (HDPE) geomembrane/clay composite liner through the Hydrologic Evaluation of Landfill Performance (HELP) model and the Water Balance Method. The geotechnical properties of the landfill layers along with the water balance factors (i.e., evapotranspiration, precipitation, temperature, etc.) were assessed to determine the height of the water-saturated zone in the refuse above the composite liner for landfill design. The cumulative expected leakage rates through the composite liner constructed with compacted Ankara clay were related quantitatively to the cumulative average leachate head. The results of this investigation show that the leakage rates through the composite liner are within tolerable limits.