垃圾填埋场复合防渗系统剪切面抗剪强度实验研究及数值模拟

摘要

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。论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，并就该方案是否可行进行了相关验证实验。
　　 验证实验采用人工调配的方法，制作了5组不同级配的砾石土样品，分别命名为级配1、级配2、级配3、级配4和级配5，绘出5组试样的级配曲线，并分别测定其最大干密度、最优含水量、剪切位移与剪应力关系曲线以及各级配砾石土的内摩擦角和粘聚力，结合渗透实验测定的渗透系数，先选取出渗透系数满足要求的宽级配砾石土样品，然后利用直剪仪测定满足要求的宽级配砾石土样与水化程度分别为0%、25%、50%、75%以及完全水化GCL接触面的抗剪强度参数，并验证宽级配砾石土能改善GCL受力状况的推断，最后利用PLAXIS对满足要求的宽级配砾石土及其与完全水化后的GCL接触面的抗剪强度进行数值模拟。按照上述研究内容，得到以下结论：
　　 (1)由渗透实验成果可知，级配1、级配5渗透系数可以满足作为复合防渗系统的保护层的防渗要求，其渗透系数分别为1.1×10-6cm/s、2.11×10-6cm/s，均小于1.0×10-5cm/s，由宽级配砾石土直剪实验成果可知，级配1～级配5砾石土试样内摩擦角分别为40.49°、44.61°、43.27°、42.77°及42.57°，均在砾石土试样内摩擦角变化范围经验值(36°～48°)以内。
　　 (2)由级配1以及级配5分别与各水化GCL接触面直剪实验成果可知，随GCL水化程度的增加，接触面抗剪强度依次递减。
　　 (3)对比级配1砾石土与各水化GCL接触面抗剪强度以及级配5砾石土与各水化GCL接触面抗剪强度可以发现，接触面抗剪强度前者稍大于后者。
　　 (4)通过分析对比砾石土、GCL、以及砾石土与GCL接触面抗剪强度可以发现，采用级配1宽级配砾石土作为GCUGM复合防渗系统的保护层可以改善GCL的受力状况。
　　 (5)利用PLAXIS对满足要求的宽级配砾石土以及其与完全水化GCL的接触面进行抗剪强度数值模拟可以发现，数值模拟得到的砾石土抗剪强度以及接触面抗剪强度稍小于室内实验得到的抗剪强度，从侧面说明了在实际工程中，数值模拟结果仅作为决策的参考依据。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 问题的提出

1.2 保护层与GCL/GM接触面抗剪强度国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 几种常用的直剪仪

1.3 接触面抗剪强度的数值模拟方法

1.3.1 有限元原理及PLAXIS程序简介

1.3.2 建模过程

1.4 本文的研究内容、研究方法和技术路线

1.4.1 主要研究内容：

1.4.2 研究方法

1.4.3 技术路线

第二章 实验方案

2.1 实验目的

2.2 实验思路

2.3 主要仪器设备

2.4 实验操作要点设计

第三章 接触面抗剪强度实验研究

3.1 满足复合防渗系统要求的砾石土样选取

3.1.1 实验内容及步骤

3.1.2 颗分实验结果与分析

3.1.3 击实实验结果与分析

3.1.4 渗透实验结果与分析

3.1.5 直剪实验结果与分析

3.2 砾石土与GCL接触面抗剪强度实验

3.2.1 实验原理及破坏原则

3.2.2 实验研究内容

3.2.3 接触面直剪实验结果分析

3.3 本章小结

第四章 接触面抗剪强度数值模拟研究

4.1 数值模型的建立

4.1.1 数值计算基本假定：

4.1.2 计算模型和参数

4.1.3 模型网格剖分

4.2 级配1砾石土直剪数值模拟分析

4.2.1 位移分析

4.2.2 应力分析

4.3 级配1砾石土与完全水化GCL接触面直剪的数值模拟分析

4.3.1 位移分析

4.3.2 应力分析

4.4 PLAXIS数值模拟结果与实验结果对比分析

4.5 本章小结

第五章 结论和展望

5.1 主要结论

5.2 进一步研究工作的建议

参考文献

致谢

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