糙面土工膜表面微凸体的法向变形规律

土工膜在垃圾填埋场衬垫系统中具有重要作用,其中糙面土工膜（GMX）与无纺土工织物（GT）的界面强度较低且极易发生滑坡。糙面土工膜表面分布着高度不均且随机分布的微凸体,而微凸体的细观力学特性决定了GMX/GT的界面强度。本文利用改进的大型直剪仪对GMX/GT界面进行了单轴压缩试验,并用轮廓仪测量了压缩前后的土工膜表面轮廓高度。将GMX/GT的接触模型进行简化,研究了在法向载荷逐渐增加时的粗糙表面微凸体的法向变形规律。通过将理论结果和试验结果进行对比,明确了土工膜表面微凸体的变形过程,从细观角度揭示了糙面土工膜的法向变形机理。     

糙面土工膜与无纺土工织物界面剪切强度及表面粗糙度变化规律

为了量化糙面土工膜表面粗糙度变化规律,研制了表面粗糙度测量仪,并进行了不同法向应力下糙面土工膜和无纺土工织物界面剪切和对应的糙面土工膜表面粗糙度试验。研究表明,糙面土工膜和无纺土工织物界面剪切强度是由糙面土工膜粗糙凸起和无纺土工织物纤维相互嵌入和拉拽作用产生的,界面的剪切峰值摩擦系数主要受到法向应力的影响,界面强度发展到残余强度,糙面土工膜粗糙凸起磨损趋于稳定,无纺土工织物纤维定向排列完成。     

高密度聚乙烯土工膜与固体废物界面接触强度的试验研究

对贵州省内5种主要工业固体废物(脱硫石膏、粉煤灰、锰渣、汞渣、铅锌渣)以及黏土、砂土与高密度聚乙烯(HDPE)土工膜的接触摩擦强度开展摩擦破坏直接剪切试验;测定HDPE土工膜与各种固体废物接触面的摩擦强度参数(界面摩擦角、表观黏聚力),分析光面、糙面土工膜与各种固体废弃物接触界面的抗剪强度特性。结果表明:HDPE土工膜与工业固体废物接触界面的剪应力随剪切位移的增加而增大,剪应力-剪切位移曲线的斜率逐渐减小,当剪切位移增大到一定范围后,界面剪应力将保持不变;糙面土工膜与固体废物的界面抗剪强度大于光面土工膜与固体废物之间的,糙面土工膜具有更好的抗拉裂、抗剪切性能。     

大型拉拔直剪仪剪切盒的改装

针对现有大型拉拔直剪仪剪切盒不能进行土工合成材料之间或土工合成材料和颗粒材料之间直剪试验的状况, 在现有大型拉拔剪切仪的基础上, 根据试验要求和试验影响因素, 分别对该设备的上下剪切盒进行了改装. 在下剪切盒内放置可固定土工合成材料的Ⅱ字型板架,并通过在上剪切盒内放置内置挡板或可固定土工合成材料的钢板2 种方式, 使加载方式能实现柔性承压和刚性承压. 利用改装后的设备, 对光面土工膜-砂土界面、光面土工膜-土工布界面进行了直剪试验, 试验结果与其他同类材料直剪试验结果较为吻合, 证明对该设备的改装是合理可行的. 最后, 对加肋土工膜-砂土界面、加肋土工膜-土工布界面进行了一系列直剪试验,进一步验证了该设备改装后的稳定性.     

针刺GCL内部剪切强度的试验研究

通过室内直剪试验研究了土工合成材料膨润土垫(GCL)内部剪切强度及其影响因素,并对直剪仪进行了改造.研究结果表明:针刺GCL的内部剪切强度主要受针刺纤维的抗拉和缠绕作用控制,其他因素对GCL内部剪切强度贡献很小;正应力和水化液类型对GCL内部剪切强度均有影响,表现为内部剪切强度随着正应力的增大而逐渐增大,水化液为蒸馏水时GCL的内部剪切强度最大;在实际工程应用中,GCL铺设完成后在堆载之前应采用自来水进行事先水化,可提高防渗工程的稳定性.     

多层复合衬垫界面非线性强度特性的斜面单剪试验

为研究位于垃圾填埋场斜坡上衬垫结构在垂直应力作用下沿斜坡滑移的剪切特性,研制了大型叠环斜面单剪系统。通过砂-无纺土工布-土工网-HDPE膜-黏土结构的大型斜面单剪试验,得到剪切过程中发生破坏面转移位移对应的垂直应力和水平应力,计算得到位移面的转移法向应力。试验结果表明:当界面的法向应力小于转移法向应力时,破坏面为土工网与土工膜界面;当界面的法向应力大于转移法向应力时,破坏面为土工膜与黏土界面。建议破坏面转移前后的界面强度包线用双直线表示,土工膜与相邻材料的剪切强度特性用双曲线表示,破坏面的转移法向应力等参数由试验确定;大型叠环斜面单剪系统为分析多层复合衬垫剪切特性提供新的试验研究方法。      

堆石坝面防渗膜-垫层料界面力学特性试验研究

堆石坝面防渗土工膜与垫层料界面的力学特性关系到防渗体的抗滑稳定性以及整个大坝的安全性.采用土工合成材料界面直剪拉拔仪分别对复合膜和HDPE纯膜与无砂混凝土及聚合物透水混凝土两种垫层料、加糙PVC膜与表面复合细骨料聚合物透水混凝土的界面力学特性进行了试验研究.试验结果表明：HDPE纯膜与两种垫层界面的剪应力-剪位移关系具有不同程度的应变软化特征,界面峰值强度高于残余强度;而复合膜与两种垫层界面的剪应力-剪切位移关系无明显软化现象;复合土工膜与两种垫层界面抗剪强度高于纯膜与两种垫层界面的抗剪强度;聚合物透水混凝土和无砂混凝土与复合膜界面抗剪强度差别不大,聚合物透水混凝土界面抗剪强度略低;糙面PVC膜与表面为细骨料聚合物透水混凝土的咬合力较大.     

堆石坝面防渗膜-垫层料界面力学特性试验研究

堆石坝面防渗土工膜与垫层料界面的力学特性关系到防渗体的抗滑稳定性以及整个大坝的安全性.采用土工合成材料界面直剪拉拔仪分别对复合膜和HDPE纯膜与无砂混凝土及聚合物透水混凝土两种垫层料、加糙PVC膜与表面复合细骨料聚合物透水混凝土的界面力学特性进行了试验研究.试验结果表明:HDPE纯膜与两种垫层界面的剪应力-剪位移关系具有不同程度的应变软化特征,界面峰值强度高于残余强度;而复合膜与两种垫层界面的剪应力-剪切位移关系无明显软化现象;复合土工膜与两种垫层界面抗剪强度高于纯膜与两种垫层界面的抗剪强度;聚合物透水混凝土和无砂混凝土与复合膜界面抗剪强度差别不大,聚合物透水混凝土界面抗剪强度略低;糙面PVC膜与表面为细骨料聚合物透水混凝土的咬合力较大.     

复合土工膜-不同含水率垫层结构界面直剪摩擦特性试验研究

复合土工膜-垫层防渗体作为一种刚柔混合防渗结构体系，其界面摩擦特性对工程的安全运行至关重要。为给复合土工膜防渗体在特大流量引水渠道工程中的应用提供科学合理的依据，探析复合土工膜-垫层界面摩擦特性和界面强度特性，重点考虑膜后垫层材料含水率的变化，采用室内直剪试验对复合土工膜与不同含水率0%、3%、6%、8.5%垫层材料的摩擦剪切特性进行研究，分析不同含水率工况下的界面强度特性。结果表明：复合土工膜与不同含水率垫层材料的界面剪切特性经历了弹性、弹塑性和残余强度阶段，具有明显的峰值强度和残余强度特征，剪切位移为9～11 mm时达到峰值强度。随着剪切位移的增大，界面剪应力先减小后逐渐趋于稳定，表现出稳定的残余强度，残余强度约为峰值强度的80%～90%。随着垫层材料含水率增大，界面峰值抗剪强度和残余抗剪强度呈非线性减小趋势，表明膜后垫层材料水分对界面强度具有“润滑效应”。     

填埋场GCL/GM与保护层接触面抗剪强度研究进展

建造垃圾填埋场通常采用粘土作为防渗体或作为GCL/GM的保护层共同构成复合防渗系统,但粘土材料应用于西北干旱、半干旱、干湿冻融交替循环环境,存在抗剪强度低及料源匮乏等问题.本文综述了国内外填埋场GCL/GM与保护层接触面抗剪强度研究进展,针对西北干旱、半干旱地区填埋场防渗问题,提出了宽级配砾石土代替粘土作为GCL/GM防渗垫的保护层的新型防渗方案,并就该方案在下一步验证试验中可能遇到的一些问题进行了讨论.     

不同土工合成材料加筋土界面的静动力直剪特性

为研究不同加筋材料对筋-土界面在静力、动力作用下的剪切特性的影响, 采用大型直剪仪对土工编织布、土工无纺布、土工膜加筋的加筋土界面进行了一系列单调直剪试验、循环直剪试验和循环后单调直剪试验, 并将单调直剪试验与循环后单调直剪试验的结果进行对比分析. 结果表明：单调直剪试验中, 界面剪应力-剪切位移关系由于加筋筋材力学特性与结构特征不同, 呈现出较大差别, 其中筋材在较大竖向应力的剪切过程中容易发生变形; 在循环剪切过程中, 土工编织布、土工无纺布界面抗剪强度发生了软化现象, 而土工膜界面抗剪强度则发生了硬化现象.     

土工膜和非织造土工布单向与双向拉伸机理对比试验研究

单向拉伸试验无法模拟土工合成材料在实际工程应用中的受力情况,双向拉伸试验能够较好地模拟材料真实受力情况.为了探索和比较不同种类的土工合成材料在双向受力情况下的力学性能,选取聚乙烯(PE)土工膜和聚丙烯(PP)非织造土工布进行单向和双向拉伸试验.研究结果表明:土工膜和土工布的双向拉伸机理有显著的区别;在双向拉伸条件下,PE土工膜纵向断裂强度比单向拉伸下降21.53%,横向断裂强度下降60.32%,PP非织造土工布纵向断裂强度相比单向拉伸升高11.9%,横向断裂强度升高了12.5%.     

冻融循环对GCL材料中膨润土粒径分布及膨胀指数的影响

为了解冻融循环对土工织物膨润土垫(GCL)材料中膨润土膨胀性的影响,通过室内试验研究了不同冻融循环次数下GCL材料中膨润土粒径分布及其膨胀指数的变化规律,分析了两者间内在联系,并阐述了膨胀指数变化的微观机理.试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,膨胀指数先迅速增加至峰值后再略微下降并趋于平稳,粒径分布则趋于集中;10次以内冻融循环对GCL材料中膨润土膨胀指数影响较大.提出了主导粒径的概念,认为膨胀指数主要由属于主导粒径的颗粒决定,并给出了主导粒径与膨胀指数间的量化关系.     

土工布加筋土界面摩擦特性试验研究

以延安新机场黄土高填方为依托,以工程实际使用的土工布作为筋材,采用与西安亚星土木仪器有限公司共同研制的土工合成材料试验机,进行了黄土加筋土的直剪试验和拉拔试验,测试了不同压实度条件下筋土界面间的直剪和拉拔强度以及摩擦系数。试验结果表明:1剪切位移与剪应力关系曲线为硬化型,而拉拔位移与拉应力关系曲线为软化型;2土工布与黄土的界面强度在直剪和拉拔条件下均符合莫尔库仑强度理论,土工布与黄土间具有较好的摩擦特性,但相同条件下直剪摩擦系数大于拉拔摩擦系数;3剪切条件下筋土界面强度参数对压实度不敏感,而拉拔条件下压实度对界面粘聚力影响显著。     

HDPE膜与土工布界面摩擦特性的斜板仪试验

斜板仪试验可以为HDPE膜与土工布接触面剪切特性、摩擦性能的研究提供试验参考,也可以为陡峭边坡HDPE膜拉伸与锚固技术提供技术指导.使用不同粗糙程度的HDPE膜、不同干湿状态的土工布进行3种接触面积下的斜板仪试验.试验结果表明:斜板仪试验存在明显的尺寸效应,只有两者接触面积大于200 mm×200 mm,两种材料界面的粘聚力和摩擦角才不会受到接触面积的影响;土工布与HDPE膜接触面的摩擦角和粘聚力一般在潮湿状态下大于干燥状态下;在卫生填埋场运行过程中,垃圾产生的渗沥液对库区边坡土工布的抗滑移是有利的;光面和毛面HDPE膜与潮湿状态下土工布界面间粘聚力差异不明显,但是两种膜的摩擦角却有明显差异.     

冻融循环对GCL渗透特性的影响

为探究土工复合膨润土垫(GCL)在长期冻融循环作用下的防渗性能，以6h的冷冻和6h的融化为冻融周期对GCL进行冻融循环试验，研究了经历不同冻融次数后GCL渗透系数和自由膨胀率的变化规律.试验结果表明:4h内GCL可以达到冻胀稳定状态；GCL经历冻融循环作用后，再经历冻结时易产生不均匀冻胀；GCL在经历较少(≤30次)冻融循环次数情况下，渗透系数随冻融循环次数增加而减小，其最终渗透系数的量级在10^-11~10^-10m/s之间；随着冻融循环次数的增加，GCL中膨润土的自由膨胀率先增大后减小，最后趋于稳定.     

溶液特征对GCL膨胀和渗透特性的影响

利用自由膨胀试验和渗透试验研究了溶液阳离子的离子价、浓度和水化离子半径对GCL(土工织物膨润土垫)中膨润土膨胀特性和GCL渗透性能的影响.试验结果表明溶液的这些特征均对GCL的膨胀性和渗透性有不同程度的影响:膨润土的自由膨胀量随着阳离子离子价和浓度的增大而逐渐减小,而GCL的渗透系数则逐渐增大;1价阳离子溶液的浓度对GCL的膨胀量和渗透系数影响显著,而2价或3价阳离子溶液浓度的影响较小;对于1价阳离子溶液,膨润土的自由膨胀量随着水化离子半径的增大而增大,而GCL渗透系数则随之减小.最后,根据研究结果和相关理论对GCL的膨胀和渗透特性进行了机理分析.     

石墨烯微片聚丙烯/高密度聚乙烯的复合材料的正温效应

以KNG-150石墨烯微片(GNPs)为导电填料,PP(聚丙烯)/HDPE(高密度聚乙烯)复合体系为基体材料,制备石墨烯微片/PP/HDPE导电复合材料,研究GNPs质量分数,PP/HDPE质量比对材料的正温度系数效应(PTC)强度和负温度系数效应(NTC)强度的影响.结果表明:GNPs质量分数处在渗滤区间6%时,材料的PTC强度达到最大值;PP的加入可以有效地提高材料的PTC强度,同时还抑制了NTC效应;当PP/HDPE质量比为3:7时,效果最佳,此时PTC强度为5.58,NTC强度仅为0.25.     

加筋体与土体界面力学特性试验研究进展综述

加筋土中的土工合成材料可提高土体的抗剪强度,改善黏性土的黏聚力和渗透性,改良黄土和膨胀土的不良工程性质。分析了直剪、拉拔及三轴试验测试加筋土筋土界面力学特性的局限性:对直剪试验而言,土样的剪切面限定在上下剪切盒之间,而不是沿其最薄弱面剪切破坏;拉拔试验试样制作过程中土中加筋体不可避免发生凹凸变形;三轴试验在试样中分布几层加筋材料,尺寸效应十分明显。新型全球数字系统(global digital systems,GDS)界面剪切试验仪能够克服上述3种试验方法的不足,为研究筋土界面力学特性提供了有利工具。     

考虑降解时有机污染物在完好复合衬垫中的扩散分析

建立有机污染物在土工膜+压实黏土衬垫(CCL)和土工模+土工复合膨润土衬垫(GCL)复合衬垫中的一维扩散模型,同时考虑有机污染物在衬垫中的降解作用,得到模型的解析解。在此基础上,探讨土工膜中非稳态与稳态过程、不考虑土工膜等条件下有机污染物的运移特征,对比复合衬垫底部污染物通量的差异。研究结果表明:降解参数对有机污染物在CCL复合衬垫中的迁移有较大影响,在分析CCL复合衬垫中有机污染物的扩散运移时,需要考虑降解作用;将CCL复合衬垫简化为CCL单层衬垫分析时,误差很小,土工膜的作用可以忽略;对于GCL复合衬垫,由于GCL厚度很小,土工膜的作用不可忽略。