多层复合衬里界面剪切特性试验研究.pdf

多层复合衬里界面剪切特性试验研究 ① 贺建清１， 王康康１， 廖湘华２， 王永华２， 高文华１ （１．湖南科技大学 岩土工程稳定控制与健康监测省重点实验室，湖南 湘潭 ４１１２０１； ２．湘潭市城市管理和行政执法局，湖南 湘潭 ４１１１００） 摘 要 为研究复合衬里界面的剪切特性，取得具有代表性的界面抗剪强度参数，利用自行研制的大型直剪仪进行了复合衬里界 面剪切试验，结果表明，法向应力相同的条件下，土工布／ 土工膜界面的抗剪强度最低，土工膜／ GCL 界面次之；土工膜／ GCL 界面内 摩擦角最小，土工布／ 土工膜界面次之。 饱水状态下，各界面的内摩擦角均有不同程度降低，其中土工膜／ GCL 界面降幅最大，降低 了 ３０．９８％，土工布／ 土工膜界面次之，降低了 ２９．66％。 浸水饱和会导致土工布／ 土工膜界面、土工膜／ GCL 界面粘聚力降低，土工布／ 土工膜界面的粘聚力降低了 ４４．５１％，土工膜／ GCL 界面降低了 6．８９％；其余界面的粘聚力均有不同程度的增加。 在工程实际中，应 尽可能避免土工布／ 土工膜界面、土工膜／ GCL 界面处于饱水状态，以保证土工布／ 土工膜界面、土工膜／ GCL 界面强度满足垃圾填埋 场稳定要求。 关键词 垃圾填埋场； 复合衬里； 界面； 大型直剪仪； 剪切特性； 抗剪强度 中图分类号 TU４１１文献标识码 Adoi１０．３９6９／ j．issn．０２５３－6０９９．２０１９．０１．００３ 文章编号 ０２５３－6０９９（２０１９）０１－０００９－０6 Experimental Study on Interfacial Shear Properties of Multi⁃layer Composite Liner HE Jian⁃qing１， WANG Kang⁃kang１， LIAO Xiang⁃hua２， WANG Kong⁃hua２， GAO Wen⁃hua１ （１．Hunan Provincial Key Laboratory of Geotechnical Engineering for Stability Control and Health Monitoring， Hunan University of Science and Technology， Xiangtan ４１１２０１， Hunan， China； ２．Xiangtan City Administration and Administrative Law Enforcement Bureau， Xiangtan ４１１１００， Hunan， China） Abstract In order to investigate interfacial shear characteristics of composite liner for obtaining the typical interfacial shear strength parameters， interfacial shear test was conducted for the composite liner by using a large self⁃developed direct shear apparatus． The results showed that， with the same normal stress， the geotextile／ geomembrane interface had the lowest shear strength， with the geomembrane／ GCL interface coming next， while the geomembrane／ GCL interface had the smallest internal friction angle compared to the geotextile／ geomembrane interface． Under the saturated state， the internal friction angle of interfaces all decreased to a different extent． It was shown that the internal friction angle of geomembrane／ GCL interface decreased by ３０．９８％， while that for geotextile／ geomembrane interface decreased by ２９．66％． The saturation after soaking resulted in the cohesive force of geotextile／ geomembrane interface and geomembrane／ GCL interface reduced by ４４．５１％ and 6．８９％， respectively， while the cohesive force for other interfaces increased to some extent． It is concluded that geotextile／ geomembrane interface and geomembrane／ GCL interface should be prevented from being water⁃saturated as much as possible， so as to ensure the interfacial strength meeting the requirement for a landfill． Key words landfill； composite liner； interface； large direct shear apparatus； shear characteristics； shear strength 近 ２０ 年来全球发生的 １５ 例大型垃圾填埋场失稳 事件中，１１ 例为垃圾体沿衬垫系统的平移破坏，仅 ４ 例为垃圾体内部的圆弧滑动破坏，且所有含有土工合 成材料衬垫的垃圾填埋场其破坏方式都是破坏面沿衬 垫系统的平移破坏。 因此，基于土工合成材料的复合 衬垫界面剪切特性是控制垃圾填埋场稳定的一个重要 的因素［１］。 较早用于研究土工合成材料界面剪切特性的试验 方法有直剪试验和拉拔试验［２］。 我国在 ２０ 世纪 ８０ 年 代开始对土工合成材料进行研究，界面特性试验研究 ①收稿日期 ２０１８－０７－２３ 基金项目 国家自然科学基金（４１２７２３２４）；湖南省自然科学基金（２０１７JJ４０３９） 作者简介 贺建清（１９6４－），男，湖南湘乡人，教授，硕士研究生导师，主要研究方向为土力学及地基基础。 第 ３９ 卷第 １ 期 ２０１９ 年 ０２ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol．３９ №１ February ２０１９ 万方数据 是其工作的重点之一［３－８］。 但现有研究尚存在如下不 足① 复合衬里由若干层土工材料、碎石层及粘土层 构成，以往在研究某一界面的剪切特性时，很少考虑界 面周围材料对该界面剪切特性的影响。 ② 受试验仪 器限制，试样尺寸太小，常常不能反映实际工况。 本文针对以往研究中存在的不足，依托湖南省湘 潭市双马垃圾填埋场实际工程，利用自行研制的大型 水平剪切试验装置，对垃圾填埋场复合衬里界面的力 学特性进行试验研究，以获得一些有益的结论。 １ 工程概况 湖南省湘潭市双马垃圾场库区底部采用复合衬里 防渗系统如图 １ 所示。 300300300 土工滤网 渗滤液导排层 地下水导排层 场地清基找平 粘土层 无纺土工布 无纺土工布 HDPE土工膜 填埋垃圾 土工滤网200 g/m2 渗流液导排层300 mm碎石, Φ2060 mm 无纺土工布600 g/m2 HDPE土工膜1.5 mm, 光面 GCL防渗层4800 g/m2, k≤510-9 cm/s 粘土层300 mm, k≤10-5 cm/s 无纺土工布200 g/m2 地下水导排层碎石, Φ2050 mm 场地清基找平 GCL防渗层 图 １ 垃圾填埋场多层复合衬里 ２ 试验设备和试验材料 ２．１ 试验设备 试验采用自行研制的大型水平剪切试验装置，可 以用于土体／ 土工合成材料界面、不同的土工合成材料 之间界面以及土体的剪切试验。 大型水平剪切试验装 置的试验原理与应变式水平直剪仪的试验原理类似， 图 ２ 为其构造简图。 仪器由可移动的上剪切盒和固定的下剪切盒构 成。 上剪切盒内腔尺寸为长５００ mm 宽５００ mm 高 堆载 反力装置 下剪切盒粘土 百分表 卵石 土工布 土工膜 GCL防渗层 千斤顶 荷载 传感器 上剪切盒 传压塞 图 ２ 大型水平剪切试验装置示意 ５００ mm，下剪切盒内腔尺寸为长８００ mm 宽５００ mm 高 １３０ mm。 试验时，模拟现场实际工况，在下剪切盒 填土或碎石，依次铺土工合成材料（研究土工材料／ 碎 石或土工材料／ 土界面的剪切特性时不用铺），展平并 两端拉紧固定。 下剪切盒装样完毕，将上剪切盒置于 下剪切盒之上，底部铺土工合成材料（研究碎石／ 土工 材料或土／ 土工材料界面的剪切特性时不用铺），展平 土工合成材料并紧贴上剪切盒内腔四壁，按实际工况 依次铺土工材料、填垃圾或碎石，犹如装满其他土工材 料、垃圾或碎石的土工合成材料袋置于上剪切盒中。 试验时，通过传压塞施加法向应力于配重铁块，通过千 斤顶施加水平推力于上剪切盒，沿接触界面产生剪切 位移。 通过安装在千斤顶的端部荷载传感器来确定剪 应力，通过大量程百分表测定剪切位移。 ２．２ 试验材料 粘土试样取自垃圾填埋场附近，其基本物理性质 指标见表 １。 按土工试验规程 ［９］ 进行击实试验，粘 土的最大干密度 ρdmax＝ １．８３ g／ cm３，最佳含水率 wop＝ １6．１％。 表 １ 粘土物理力学指标 天然密度 ／ （gcm －３ ） 含水量 ／ ％ 密度 ／ （gcm －３ ） 液限 ／ ％ 塑限 ／ ％ 塑性 指数 粘聚力 ／ kPa 内摩擦角 ／ （） １．９３２6．５２．７２４6．７２７．１１９．０１２．８３１．８ 地下水导流层、渗滤液导流层所用碎石材料取自 垃圾场附近江边砂石场，其颗粒级配曲线见图 ３。 土工合成材料均为长沙建益新材料有限公司生 产。 土工膜选用 １．５ mm 厚光面土工膜，其技术性能指 标见表 ２。 膨润土复合防水垫简称 GCL，它由上下两 层土工织物和中间层钠基膨润土粒层组成，土工织物 层能起到保护以及加固作用，使防水垫具有整体抗拉 强度和抗穿刺强度；钠基膨润土粒层由天然粘土矿物 材料加工而成，因此具有高膨胀性和高吸水性能，起到 ０１矿 冶 工 程第 ３９ 卷 万方数据 粒径/mm 100 80 60 40 20 0 100101 负累计含量/ ○ ○ ○ ○○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 图 ３ 碎石颗粒级配曲线 防渗作用，其技术性能指标见表 ３。 土工布选用长纤 土工布，其技术性能指标见表 ４。 土工滤网选用三维 复合排水网，由立体结构的塑料网双面粘接渗水无纺 土工织物组成，塑料网及无纺土工织物技术性能指标 分别见表 ５ 和表 6。 ３ 试验内容 为了研究湖南省湘潭市双马垃圾填埋场库区底部 复合衬里各界面的剪切特性，进行了 １５ 组剪切试验， 如表 ７ 所示。 表 ２ HDPE 土工膜技术性能指标 厚度 ／ mm 密度 ／ （gcm －３ ） 屈服强度 ／ （Nmm －１ ） 断裂强度 ／ （Nmm －１ ） 穿刺强度 ／ N 延伸率 ／ ％ 水蒸气渗透系数 ／ ［gcm（cm２sPa） －１ ］ １．５０．９３９２２４０４８０１２≤１．０１０ －１３ 表 ３ GCL 技术性能指标 膨胀系数 ／ ［mL（２ g） －１ ］ 流体损耗 ／ mL 单位面积膨润土质量 ／ （kgm －２ ） 抗拉强度 ／ N 剥离强度 ／ N 渗透性 ／ （cms －１ ） 浸湿后抗拉强度 ／ kPa ２４１８４．８４００6５５１０ －９ ２４ 表 ４ 土工布技术性能指标 厚度／ mm断裂强度／ （kNm －１ ）断裂伸长率／ ％CBR 顶破强力／ kN等效孔径／ mm垂直渗透系数／ （cms －１ ） ４．２３０４０～８０５．５０．０７～０．２１０ －１ ～１０ －３ 表 ５ 排水塑料网技术性能指标 厚度／ mm密度／ （gcm －３ ）抗拉强度／ （kNm －１ ）熔融指数／ （g１０ min －１ ）碳黑含量／ ％ ７．6０．９４３6．５１．０２ 表 6 无纺土工织物技术性能指标 表观孔径 ／ mm 透水率 渗透率 ／ （cms －１ ） 刺破强度 ／ N 梯形撕裂强度 ／ N 握持拉伸强度 ／ N 握持延展强度 ／ ％ 爆裂强度 ／ kPa ０．１８０．２6０．２５８０３５6９００５０２ ７５０ 表 ７ 剪切试验方案 序号界面材料（上）界面材料（下）界面法向应力／ kPa剪切速率／ （mmmin －１ ）干湿状态 １＃垃圾土工滤网垃圾⁃土工滤网４９．４～２１１１自然 ２＃垃圾土工滤网垃圾⁃土工滤网４９．４～２１１１饱水 ３＃土工滤网渗滤液导排层土工滤网⁃碎石４９．４～２１１１自然 ４＃土工滤网渗滤液导排层工滤网⁃碎石４９．４～２１１１饱水 ５＃渗滤液导排层土工布碎石⁃土工布４９．４～２１１１自然 6＃渗滤液导排层土工布碎石⁃土工布４９．４～２１１１自然 ７＃土工布HDPE 土工膜土工布⁃土工膜４９．４～２１１１自然 ８＃土工布HDPE 土工膜土工布⁃土工膜４９．４～２１１１自然 ９＃HDPE 土工膜GCL 防渗层土工膜⁃GCL４９．４～２１１１自然 １０＃HDPE 土工膜GCL 防渗层土工膜⁃GCL４９．４～２１１１饱水 １１＃GCL 防渗层粘土层GCL⁃粘土４９．４～２１１１自然 １２＃GCL 防渗层粘土层GCL⁃粘土４９．４～２１１１饱水 １３＃粘土层土工布粘土⁃土工布４９．４～２１１１自然 １４＃土工布地下水导排层土工布⁃碎石４９．４～２１１１自然 １５＃地下水导排层碎石碎石⁃粘土４９．４～２１１１自然 １１第 １ 期贺建清等 多层复合衬里界面剪切特性试验研究 万方数据 按照界面的干湿状态，试验分为 ２ 类① 自然状 态，即从现场取回的土样、土工合成材料均不加水，界 面处于自然状态；② 饱水状态，剪切界面位于水下，处 于饱水状态。 试验步骤如下 １） 试验时，按压实要求先在下剪切盒填筑一定厚 度的土料或碎石，压实度按设计要求取 ０．９，并按照工 程实际情况在其上依次铺设土工合成材料（亦可不 铺）并拉紧固定，铺设好的土工材料顶面与上剪切盒 底部齐平。 ２） 为了减少上、下剪切盒之间的摩阻力，均匀地 涂抹一层润滑油于上、下剪切盒导轨以及导向导轨滚 珠之上。 ３） 将上剪切盒对准置于下剪切盒导轨上，按照工 程实际情况将裁剪好的土工材料铺于上剪切盒盒底， 且每边超出盒底内腔尺寸 ２５０～３００ mm，再依次铺土 工材料、填充碎石或垃圾，试验过程中土工材料包裹填 充材料，试样高度 ２５０～３００ mm。 ４） 置入传压塞，堆载预压至变形稳定，达到接近 工程实际的密实度。 进行饱水界面剪切试验时，在试 验槽中注水，浸水饱和。 ５） 垃圾土经过预压达到要求的密度，通过改变配 重铁块的数量，来施加不同的竖向压力。 施加完竖向 压力，依次安装垫板、千斤顶及荷载传感器，同时安装 大量程百分表等测试设备。 在施加水平推力的过程 中，千斤顶活塞轴线要保持与剪切盒中上半部分试样 中心重合。 6） 待全部测试设备安装完成，记录每个设备起始 读数，通过控制千斤顶的加荷速率分级施加水平推力， 控制变形速率使之在 １ mm／ min 左右，每分钟记录 ２ 次百分表读数，直至荷载传感器读数出现峰值，继续施 加压力，当荷载传感器的读数出现不增反降的情况，认 为沿界面发生剪切破坏，停止施加压力。 剪切过程中， 用松弛的起重吊带兜住配重铁块，防止配重铁块坍塌 伤人。 ７） 剪切结束，松开油阀释放油压，关上油阀；卸去 配重铁块，提取垃圾土样，测定含水量。 ４ 试验结果及讨论 ４．１ 剪应力⁃位移关系 部分复合衬里界面的剪应力⁃位移曲线见图 ４～6。 从图 ４～6 可以看出，各界面的剪应力随着位移增加而 增加，但增加速率越来越慢，至峰值强度之后，随着剪 切位移继续增加，剪应力逐渐减少，但减少的幅度不 大，强度软化现象不明显。 位移/mm ■ 100 80 60 40 20 0 10234567 剪应力/kPa ▲◆ 49.4 kPa 149.5 kPa 99.6 kPa 211 kPa ■ ▲ ◆ △ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲◆ △ △ △ △ △ △ △ △ △△△△ △△ △ 位移/mm ■ 60 50 40 30 20 10 0 10234567 剪应力/kPa ▲◆ 49.4 kPa 149.5 kPa 99.6 kPa 211 kPa ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲◆ △ △ △ △ △△ △ △ △△△ △ △ △△ a b △ 图 ４ 土工布与土工膜界面剪应力⁃位移关系曲线 （a） 自然状态； （b） 饱水状态 位移/mm ■ 100 80 60 40 20 00 2468 剪应力/kPa ▲◆ 49.4 kPa 149.5 kPa 99.6 kPa 211 kPa ■ ▲ ◆ △ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲◆ △ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ 位移/mm ■ 80 60 40 20 0 2046810 剪应力/kPa ▲◆ 49.4 kPa 149.5 kPa 99.6 kPa 211 kPa ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲◆ △ △ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ △ a b △ △ △ △ △ △△ △△△△ △ △ △ △ △△ △ △△ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △△ △ △ 图 ５ 土工膜与 GCL 界面剪应力⁃位移关系曲线 （a） 自然状态； （b） 饱水状态 ４．２ 界面抗剪强度参数 取界面剪应力⁃位移关系曲线上剪应力的峰值为 抗剪强度，抗剪强度包线可表示为 τf＝ c ＋ ctanφ（１） ２１矿 冶 工 程第 ３９ 卷 万方数据 位移/mm ■ 100 80 60 40 20 00 42861012 剪应力/kPa ▲◆ 49.4 kPa 149.5 kPa 99.6 kPa 211 kPa ■ ▲ ◆ △■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲◆ △ a ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ■■ ■ ■■ ■ ▲ ◆ △ 位移/mm ■ 100 80 60 40 20 00 42861012 剪应力/kPa ▲◆ 49.4 kPa 149.5 kPa 99.6 kPa 211 kPa ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲◆ △ b ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■ ▲ ◆ ■■■ ■■■■ ▲▲▲ ◆ △ △ △ △ △△ △ △ △ △△ △△ △ △ △ △△ △ △△△ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △△△ △△ △△△△ △△△△ △ 图 6 GCL 与粘土界面剪应力⁃位移关系曲线 （a） 自然状态； （b） 饱水状态 式中 τf为界面抗剪强度；c、φ 分别为界面粘聚力和内 摩擦角，可分别由线性回归方程而得。 由此得到的界 面剪切试验的强度指标如表 ８ 所示。 表 ８ 界面抗剪强度参数 界面 自然状态饱水状态 c／ kPaφ／ （）R２c／ kPaφ／ （）R２ 垃圾⁃土工滤网２７．７３３３．４２０．９９９ ０４３．１３３２．４７０．９８４ １ 土工滤网⁃碎石３１．４９３４．１6０．９９７ ８３５．１２２８．５００．９９３ １ 碎石⁃土工布１４．２４２３．５３０．９９９ ４１９．９6１７．５３０．９９７ １ 土工布⁃土工膜２２．０6１6．９９０．９８４ ９１２．２４１１．９５０．９５７ ０ 土工膜⁃GCL４０．４９１３．７８０．９９５ 6３７．７０９．５１０．９３３ ２ GCL⁃粘土１４．４１２２．３５０．９９6 6３０．７５１6．66０．９6２ １ 粘土⁃土工布３３．２４３８．５７０．９９９ １ 土工布⁃碎石３８．２５３５．４２０．９８１ ４ 碎石⁃粘土３７．７２３４．２７０．９９１ ０ 图 ７～１２ 为部分复合衬里界面的抗剪强度包线。 由图 ７ 可以看出，饱水状态下，垃圾与土工滤网界面的 抗剪强度有一定程度的增加。 由图 ８～９ 可以看出，土 工滤网／ 碎石界面、碎石／ 土工布界面的抗剪强度包线 相似，较低法向应力作用下，浸水饱和导致界面抗剪强 度增加，法向应力越低，增幅越大；反之，界面抗剪强度 有一定程度降低，法向应力越高，降幅越大。 由图 １０～ １１ 可以看出，土工布／ 土工膜界面和土工膜／ GCL 界面 的抗剪强度包线很相似，浸水饱和导致两界面抗剪强 度降低，随着法向应力增加，降幅增大。 由图 １２ 可以 看出，法向应力低于某值（约为 １５０ kPa），浸水饱和导 致界面抗剪强度增加，法向应力越低，增幅越大；反之， 界面抗剪强度降低，法向应力越大，降幅越大。 法向应力/kPa 200 160 120 80 40 00 100200300 抗剪强度/kPa ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ 自然状态 自然状态拟合线 饱水状态 饱水状态拟合线 图 ７ 垃圾与土工滤网界面的抗剪强度包线 法向应力/kPa 200 160 120 80 40 00 100200300 抗剪强度/kPa ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ 自然状态 自然状态拟合线 饱水状态 饱水状态拟合线 图 ８ 土工滤网与碎石界面的抗剪强度包线 法向应力/kPa 120 100 80 60 40 20 00 10050150200250 抗剪强度/kPa ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ 自然状态 自然状态拟合线 饱水状态 饱水状态拟合线 图 ９ 碎石与土工布界面的抗剪强度包线 法向应力/kPa 100 80 60 40 20 00 10050150200250 抗剪强度/kPa ◆ ◇ ◆ ◆ ◆ ◇ ◆ 自然状态 自然状态拟合线 饱水状态 饱水状态拟合线 ◇ ◇ ◇ 图 １０ 土工布与土工膜界面的抗剪强度包线 ３１第 １ 期贺建清等 多层复合衬里界面剪切特性试验研究 万方数据 法向应力/kPa 100 80 60 40 20 00 10050150200250 抗剪强度/kPa ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ 自然状态 自然状态拟合线 饱水状态 饱水状态拟合线 图 １１ 土工膜与 GCL 界面的抗剪强度包线 法向应力/kPa 120 100 80 60 40 20 00 10050150200250 抗剪强度/kPa ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆◇ ◆ ◇ 自然状态 自然状态拟合线 饱水状态 饱水状态拟合线 图 １２ GCL 与粘土界面的抗剪强度包线 由上可见，垃圾与土工滤网界面除外，浸水饱和会 导致复合衬里防渗系统其余各界面抗剪强度降低，尤 其是在法向应力较高的情形下，这种现象更为明显。 其中土工布／ 土工膜界面和土工膜／ GCL 界面浸水饱 和后强度下降尤为显著。 在工程实际中，应尽可能避 免土工布／ 土工膜界面、土工膜／ GCL 界面处于饱水状 态，以保证土工布／ 土工膜界面、土工膜／ GCL 界面强 度满足垃圾填埋场稳定要求。 对比表 ８ 中复合衬里防渗系统各界面抗剪强度指 标，不难发现，在所有界面中，土工膜／ GCL 界面内摩 擦角最小，土工布／ 土工膜界面次之；饱水状态下由于 水的“润滑”作用，各界面的内摩擦角均有不同程度降 低，其中土工膜／ GCL 界面降幅最大，降低了 ３０．９８％， 土工布／ 土工膜界面次之，降低了 ２９．66％。 复合衬里 界面的粘聚力明显高于文献［８］的研究成果，主要是 因为大尺寸水平剪切仪能较好地模拟实际工况，在剪 切过程中碎石引起界面相互咬合，导致产生较大的表 观粘聚力。 浸水饱和会导致除土工布／ 土工膜界面、土 工膜／ GCL 界面之外的其余界面粘聚力不同程度的增 加。 浸水饱和状态下土工布／ 土工膜界面粘聚力降幅 最大，降低了 ４４．５１％；土工膜／ GCL 界面次之，降低了 6．８９％。 显然，土工布／ 土工膜界面和土工膜／ GCL 界 面为垃圾填埋场潜在的失稳界面。 ５ 结 论 通过对垃圾填埋场复合衬里界面的力学特性的试 验研究，由此得到如下结论 １） 法向应力相同的条件下，复合衬里防渗系统各 界面中，土工布／ 土工膜界面抗剪强度最低，土工膜／ GCL 界面次之；浸水饱和状态下，同样如此。 在工程 实际中，应尽可能避免土工布／ 土工膜界面、土工膜／ GCL 界面处于饱水状态，以保证土工布／ 土工膜界面、 土工膜／ GCL 界面强度满足垃圾填埋场稳定要求。 ２） 复合衬里防渗系统各界面中，土工膜／ GCL 界 面内摩擦角最小，土工布／ 土工膜界面次之；饱水状态 下由于水的“润滑”作用，各界面的内摩擦角均有不同 程度降低，其中土工膜／ GCL 界面降幅最大，降低了 ３０．９８％，土工布／ 土工膜界面次之，降低了２９．66％。 工 布／ 土工膜界面和土工膜／ GCL 界面为垃圾填埋场潜 在的失稳界面。 ３） 复合衬里防渗系统各界面的粘聚力明显高于 前人的研究成果。 浸水饱和导致土工布／ 土工膜界面、 土工膜／ GCL 界面粘聚力降低，土工布／ 土工膜界面的 粘聚力降低了 ４４．５１％，土工膜／ GCL 界面粘聚力降低 了 6．８９％；其余界面的粘聚力均有不同程度的增加。 ４） 利用自行研制的大型水平剪切试验装置，对垃 圾填埋场复合衬里界面的力学特性进行试验研究，可 以更好地模拟实际工况，试验结果较为可靠。 参考文献 ［１］ 钱学德，施建勇，刘 慧，等． 垃圾填埋场多层复合衬垫的破坏面 特征［J］． 岩土工程学报， ２０１１，３３（6）８４０－８４５． ［２］ 吴景海，陈 环，王玲娟，等． 土工合成材料与土界面作用特性的 研究［J］． 岩土工程学报， ２００１，２３（１）８９－９３． ［３］ Muller W， Jakob I， Seeder S， et al． Long term shear strength of Geosynthetic clay liners［J］． Geotextiles and Geomembranes， ２００８， ２6（２）１３０－１４４． ［４］ 徐 超，廖星樾，叶观宝，等． HDPE 膜界面摩擦特性的斜板仪试 验［J］． 岩土工程学报， ２００6，２８（８）９８９－９９３． ［５］ 施建勇，钱学德，朱保坤． 大型斜面剪切仪的研制和试验［J］． 岩 土工程学报， ２０１３，３５（４）７５４－７6１． ［6］ 施建勇，钱学德，朱保坤． 多层复合垫层界面非线性强度特性的斜 面单剪试验［J］． 河海大学学报， ２０１３，４１（４）３１５－３２０． ［７］ 林伟岸，詹良通，陈云敏，等． 含土工复合排水网衬里的界面剪切 特性研究［J］． 岩土工程学报， ２０１０，３２（２）6９３－6９７． ［８］ 张宏伟，林伟岸，詹良通，等． 土工膜／ GCL 界面剪切强度特性的 试验研究［J］． 土木工程学报， ２０１３，４6（２）１２３－１３０． ［９］ SL２３７１９９９， 土工试验规程［S］． 引用本文 贺建清，王康康，廖湘华，等． 多层复合衬里界面剪切特性试 验研究［J］． 矿冶工程， ２０１９，３９（１）９－１４． ４１矿 冶 工 程第 ３９ 卷 万方数据