冻融循环作用下宽级配砾质土作为GCL保护层的抗剪强度试验研究

【摘要】西北干旱、半干旱地区春冬季温差较大,属于季节性冻土地区。在冻深范围内的垃圾填埋场复合防渗系统受冻融环境影响,其物理力学性状会发生变化,危及填埋场的稳定与安全。论文综述了冻融循环作用下国内外垃圾填埋场GCL与保护层接触面抗剪强度研究进展,按照垃圾填埋场设计方案中采用宽级配砾石土代替粘土作为GCL防渗垫保护层的构想,通过室内试验,重点研究了在冻融循环作用下宽级配砾石土自身抗剪强度及其与GCL接触面的抗剪强度性状。试验包括室内渗透试验、冻融循环试验和剪切试验。通过渗透试验获得复合衬垫系统的渗透系数(满足k<l×10-7cm/s规范要求),随后制备宽级配砾质土、粘土及其不同水化程度的GCL试样。待经历不同冻融循环次数后对土样自身及其与GCL构成的复合衬垫接触面进行直剪试验获得其抗剪强度参数,并分析其变化趋势,得出不同冻融循环次数条件下强度参数(C、(Φ值)的变化规律。按照上述研究内容,分析得到以下结论：(1)采用自制100x100mm型变水头渗透装置测定宽级配砾质土+GCL复合衬垫的渗透系数。经试验获得结果可知其渗透系数在初始段较大,随着时间的增加逐渐减小,推断原因为1)起初膨润土颗粒还未膨胀完全；2)GCL裁减尺寸偏小,导致水分从侧壁渗流,并未完全透过GCL。最终得渗透系数在1×10-9cm/s左右波动,满足生活垃圾填埋场渗透系数要求。(2)由宽级配砾质土、粘土在不同冻融循环次数下的直剪试验结果得到：试样抗剪强度随冻融循环次数的增加而减小。随着冻融循环次数的增加其抗剪强度变幅较小,逐渐趋于稳定。其粘聚力随冻融循环次数的增加而减小,内摩擦角随冻融循环次数的增加逐渐增大；非冻融情况下宽级配砾质土强度大于冻融循环后土样强度；粘土自身抗剪强度小于宽级配砾质土抗剪强度。(3)由宽级配砾质土／粘土与GCL接触面直剪试验结果得出：宽级配砾质土／粘土与GCL接触面的抗剪强度随GCL水化程度的增加而减小；宽级配砾质土/粘土与GCL接触面的抗剪强度随冻融次数的增加而减小,且粘土与不同水化程度的GCL接触面抗剪强度都小于宽级配砾质土与GCL接触面抗剪强度。(4)通过分析推导出粘聚力c和内摩擦角Φ冻融循环次数(n)之间的计算公式,根据实测值与拟合值进行对比,分析粘聚力及内摩擦角随冻融的变化趋势。
【作者】朱洁；
【导师】王红雨；
【作者基本信息】宁夏大学，水利工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】宽级配砾质土；GCL；接触面抗剪强度；冻融循环；抗剪强度参数；

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