GCL室内剪切试验研究及在垃圾填埋场的应用

【摘要】： 土工合成材料膨润土垫(GCL)的剪切特性指标直接影响工程的稳定安全性和功能有效性，随着土工合成材料在建设工程中的广泛应用，GCL剪切特性越来越受到研究和设计领域的重视。GCL是一种比较特殊的材料，GCL内部是膨润土层，也是GCL的薄弱层，GCL的内部抗剪强度是保持其整体稳定性的关键。在建设工程的使用中，GCL经常和很多种土工合成材料复合使用发挥各自的优越性，所以，研究GCL与其他土工合成材料界面之间的摩擦性能也很有必要。 本文为了完成对GCL内部和界面摩擦特性的研究以及研究成果在垃圾填埋场中的应用，进行了以下研究工作： 1．在已有土工试验应变式控制直剪仪的基础上研制了土工合成材料直剪仪；测试出GCL内部及GCL与各种不同材料之间的摩擦角；通过对比分析，确定其主要的影响因素，得到GCL抗剪强度随各种影响因素变化而变化的规律； 2．介绍垃圾填埋场的种类和结构、垃圾填埋场边坡稳定计算方法。用MATLAB编程计算在安全系数允许范围内，边坡坡高一定时的最大坡角。 通过对试验结果的分析，得出以下有意义的结论： 1．GCL内部剪切试验结论：膨润土在侧限条件下水化作用不充分，上部的膨润土颗粒已经水化，而下部的膨润土依旧保持干燥状态；GCL水化时间越长，剪切强度越小；GCL水化应力越大，剪切强度越大；水化溶液离子浓度越大，抗剪强度也越大。 2．GCL与土工合成材料界面剪切试验结论：表面相对光滑的土工膜比无纺土工织物更易于在短期时间内达到峰值强度，从峰值强度下降也相对较快；干燥GCL与织物的剪切强度小于无压水化后的GCL与织物的剪切强度；而GCL与土工膜则相反。 3．GCL与其他材料界面剪切试验结论：水化作用对GCL与其他材料界面剪切试验影响性相同：干燥GCL与各种材料之间的界面剪切强度最大；15KPa正应力下水化GCL与各种材料之间的界面剪切强度次之；无压水化GCL与各种材料之间的界面剪切强度最小。 4．边坡稳定计算分析结论：在相同的安全系数保证下，同一坡高时施工期的坡角比竣工后的坡角大很多。所以，要保证边坡的稳定性，只要保证竣工后的边坡稳定就能完全保证施工期的边坡稳定性；本次试验数据在安全系数为1.1～1.2时，利用MATLAB所编程序计算，其结果显示：即使是在极限高度30m，施工期和竣工后的坡角均大于31°。这已经突破了规定使用铆钉固定的界限坡角。