濕潤(rùn)氣候區(qū)毛細(xì)阻滯型覆蓋層性能試驗(yàn)研究及其工程應(yīng)用.pdf

1、城市固體廢棄物填埋場(chǎng)封頂覆蓋層主要用于減少降雨入滲。傳統(tǒng)壓實(shí)粘土覆蓋層經(jīng)歷干濕與冷暖交替后粘土層容易開(kāi)裂,長(zhǎng)期防滲效果不佳;復(fù)合型覆蓋層防滲效果較好,但造價(jià)高昂、存在界面失穩(wěn)且所用土工合成材料耐久性有待實(shí)踐檢驗(yàn).因此基于水分存儲(chǔ)-釋放原理的騰發(fā)覆蓋層受到重視,其中毛細(xì)阻滯型覆蓋層由粗細(xì)兩層土體組成,取材方便、耐久性好、工程造價(jià)低,在干旱半干旱地區(qū)適用性良好.提升毛細(xì)阻滯型覆蓋層在濕潤(rùn)氣候區(qū)適用性是解決我國(guó)南方填埋場(chǎng)防滲問(wèn)題的迫切需求。<

2、br>　　 添加非飽和導(dǎo)排層(UDL)增加覆蓋層側(cè)向?qū)潘渴墙鉀Q此問(wèn)題的突破方向之一。本文對(duì)含非飽和導(dǎo)排層的新型毛細(xì)阻滯型覆蓋層的性能進(jìn)行了系統(tǒng)性試驗(yàn)研究:首先自制試驗(yàn)裝置開(kāi)展室內(nèi)模型試驗(yàn),試驗(yàn)其在強(qiáng)降雨條件防滲性能并獲得調(diào)控覆蓋層滲漏量方法;在此基礎(chǔ)上開(kāi)展室外長(zhǎng)期試驗(yàn)監(jiān)測(cè)此新型覆蓋層在濕潤(rùn)氣候區(qū)實(shí)際復(fù)雜氣候下的響應(yīng),驗(yàn)證其長(zhǎng)期防滲性能;最后基于試驗(yàn)結(jié)果提出實(shí)用設(shè)計(jì)方法。
　　 自制試驗(yàn)儀器包括模型槽、降雨模擬器與測(cè)試系統(tǒng)。

3、模型中細(xì)粒土、UDL和粗粒土為粉土、砂和碎石,模擬雨強(qiáng)為65-76mm/h,監(jiān)測(cè)降雨入滲及側(cè)向?qū)胚^(guò)程并測(cè)試徑流量、側(cè)向?qū)帕考皾B漏量隨時(shí)間變化。強(qiáng)降雨條件下,試驗(yàn)Ⅰ坡面徑流量比例達(dá)69.4％,入滲水量以存儲(chǔ)于粉土中為主,砂層側(cè)向?qū)帕繛榻涤炅康?.5％,滲漏量只有降雨量的2.9％。試驗(yàn)Ⅱ和Ⅲ中通過(guò)添加膨潤(rùn)土降低粉土層滲透性有效降低降雨入滲量。與試驗(yàn)Ⅰ相比,試驗(yàn)Ⅱ和Ⅲ中砂層側(cè)向排水出現(xiàn)時(shí)間延后,試驗(yàn)Ⅱ中滲漏量進(jìn)一步減少至0.8％,試驗(yàn)Ⅲ

4、中無(wú)滲漏。通過(guò)控制上層土的降雨入滲量及發(fā)揮毛細(xì)阻滯與側(cè)向?qū)啪C合作用,可有效控制覆蓋層強(qiáng)降雨條件下的滲漏量。
　　 基于室內(nèi)模型試驗(yàn)Ⅲ增設(shè)植被層與草皮后開(kāi)展室外長(zhǎng)期試驗(yàn),監(jiān)測(cè)植被生長(zhǎng)、土體孔壓響應(yīng)、各水量隨時(shí)間變化。濕潤(rùn)氣候區(qū)降雨時(shí)影響土體深度大,降雨后覆蓋層內(nèi)水分朝向坡腳運(yùn)動(dòng)。夏季時(shí)基質(zhì)吸力波動(dòng)明顯、變化頻繁;騰發(fā)作用影響隨土體深度而減弱。秋末至冬季時(shí)中下部土體保持高含水量狀態(tài)。夏季時(shí)降雨頻繁且極端降雨較多,降雨存儲(chǔ)量與徑流量

5、明顯較高,砂層側(cè)向?qū)抛饔妹黠@,滲漏現(xiàn)象集中于夏季;秋冬季降雨強(qiáng)度明顯降低,降雨存儲(chǔ)量與徑流量明顯降低,但砂層側(cè)向?qū)抛饔蔑@著并與降雨點(diǎn)具有較好對(duì)應(yīng),覆蓋層未見(jiàn)滲漏。
　　 覆蓋層在夏季時(shí)利用土體存儲(chǔ)水分與騰發(fā)釋放水分,而秋冬季時(shí)需要利用土體存儲(chǔ)水分、砂層側(cè)向?qū)潘峙c騰發(fā)釋放水分綜合作用來(lái)達(dá)到良好防滲效果。不同降雨?duì)顟B(tài)下覆蓋層響應(yīng)不同,長(zhǎng)時(shí)弱降雨時(shí)水量分配以降雨存儲(chǔ)量、徑流量與砂層側(cè)向?qū)帕咳卟⒅?短時(shí)強(qiáng)降雨時(shí)水量分配以徑流

6、量與土層存儲(chǔ)量為主;降雪天氣對(duì)覆蓋層的影響可視為一次長(zhǎng)時(shí)弱降雨過(guò)程。砂層兼有降雨水分側(cè)向?qū)排c降雨后水分釋放的雙重功能;滲漏由入滲水分非均勻性運(yùn)動(dòng)或水分運(yùn)移速率超過(guò)砂層最大排水速率引起。
　　 增設(shè)非飽和導(dǎo)排層后覆蓋層克服了傳統(tǒng)毛細(xì)阻滯型覆蓋層長(zhǎng)時(shí)弱降雨條件下易出現(xiàn)深層滲漏的缺點(diǎn),并有效解決了覆蓋層在冬季時(shí)由降雪引起的高滲漏問(wèn)題。實(shí)際服役時(shí)覆蓋層水量平衡為:徑流量、存儲(chǔ)量與騰發(fā)量、側(cè)向?qū)帕颗c滲漏量比例分別為23.95％、70.

7、20％、5.81％、0.04％。覆蓋層滲漏量小于1mm/年,防滲效果理想。
　　 數(shù)值分析表明增設(shè)非飽和導(dǎo)排層后覆蓋層在降雨時(shí)的導(dǎo)排長(zhǎng)度明顯增加,非飽和導(dǎo)排層材料宜選用飽和滲透系數(shù)大、進(jìn)水值約為細(xì)粗土進(jìn)水值平均值的土體。在含非飽和導(dǎo)排層的新型毛細(xì)阻滯型覆蓋層設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)存儲(chǔ)量取夏季以外的降雨量與潛在蒸發(fā)量差值中正值累加值的0.7倍,考慮毛細(xì)阻滯作用確定細(xì)粒土層厚度;非飽和導(dǎo)排層導(dǎo)排長(zhǎng)度應(yīng)由入滲水分速率來(lái)確定,采用1/2-1倍細(xì)粒

8、土飽和滲透系數(shù)的水分入滲速率來(lái)確定導(dǎo)排長(zhǎng)度并采用達(dá)西定律確定非飽和導(dǎo)排層土層厚度。計(jì)算表明對(duì)杭州地區(qū)當(dāng)含UDL的新型毛細(xì)阻滯型覆蓋層坡度為1V:3H時(shí),植被層、細(xì)粒土(粉土)、非飽和導(dǎo)排層(砂層)與粗粒土(碎石)厚度可采用0.15m、1m、0.25m與0.2m。
　　 通過(guò)對(duì)含非飽和導(dǎo)排層新型毛細(xì)阻滯覆蓋層性能的短期與長(zhǎng)期試驗(yàn)研究,對(duì)其我國(guó)濕潤(rùn)氣候區(qū)強(qiáng)降雨條件與長(zhǎng)期服役時(shí)的響應(yīng)特點(diǎn)與防滲性能有了深入認(rèn)識(shí),基于試驗(yàn)結(jié)果的實(shí)用設(shè)計(jì)方