Modeling deformation behaviour of clay liners in a small centrifuge

摘要

In modern solid waste landfills, liner systems are essential structural elements that ensure that waste materials are safely separated from the environment. Many liner systems have been developed and used over the past decade. Among impermeable layers, clay liners are regarded as one of the very significant components of liner system and are being used worldwide as a waste containment system in landfills. One of the failures associated with clay liners is the occurrence of nonuniform settlements, resulting from the sudden collapse of waste, or the decomposition of waste materials, and (or) the subgrade over which the liner is laid. This paper deals with the use of a small centrifuge to model the deformation behaviour of clay liners. Model tests were performed in a small geotechnical centrifuge to investigate the behaviour of clay liners in landfills subjected to nonuniform settlements at sharp curvatures. A parametric study was conducted to analyze the influence of parameters like thickness, consistency, and overburden on the behaviour of clay liners. The clay liner without any overburden is observed to experience severe cracking in the form of deep and wide cracks at the maximum curvature zone. The depth and width of the cracks are found to decrease with an increase in clay liner thickness. The cracking failure pattern is suppressed by shearing for a clay liner with an increase in overburden pressure. Based on model test results, the clay liner with an adequate overburden is found to be free from cracking failure even when subjected to sharp curvatures. The effective usage of a small geotechnical centrifuge to model the deformation behaviour of clay liners is demonstrated adequately.Key words: landfills, municipal solid waste, clay liners, centrifuge modeling, nonuniform settlements, model tests.Dans les sites d'enfouissement de déchets solides, des systèmes de membranes étanches sont des éléments structuraux essentiels qui garantissent que les déchets solides sont séparés de l'environnement de façon sécuritaire. Plusieurs systèmes de membrane ont été développés et utilisés au cours de la dernière décade. Parmi les couches imperméables, les membranes argileuses sont considérées comme une des composantes très significatives du système d'étanchéité et sont communément utilisées à travers le monde comme un système de confinement de déchets dans les sites d'enfouissement. Un des échecs reliés aux membranes argileuses des sites d'enfouissement est le développement de tassements non uniformes à la suite de l'effondrement soudain des déchets, ou la décomposition des matériaux des déchets, et (ou) de l'infrastructure sur laquelle repose la membrane. Cet article traite de l'utilisation d'un petit centrifuge géotechnique pour étudier le comportement des membranes argileuses des sites d'enfouissement sujets à des tassements non uniformes où les courbures sont prononcées. On a conduit une étude paramétrique pour analyser l'influence de paramètres tels que l'épaisseur, la consistance, et la charge susjacente sur le comportement des membranes argileuses. On observe que les membranes argileuses sans charge susjacente subissent une fissuration sévère sous la forme de fissures profondes et larges dans les zones de courbature maximale. On trouve que la profondeur et la largeur des fissures diminuent avec l'augmentation de l'épaisseur de la membrane argileuse. Le schéma de rupture par fissuration est supprimé par le cisaillement de la membrane argileuse avec l'accroissement de la pression susjacente. Sur la base des résultats d'essais sur modèle, on trouve que la membrane argileuse avec une charge susjacente adéquate ne subit pas de rupture par fissuration même dans les courbures prononcées. On démontre que l'utilisation d'un petit centrifuge pour modéliser le comportement en déformation des membranes argileuses est efficace.Mots clés : sites d'enfouissement, déchets solides municipaux, membranes argileuses, modélisation au centrifuge, tassements non uniformes, essais de modélisation.[Traduit par la Rédaction]