水化液體對土工織物粘土墊層水力特性的影響

1、水化液體對土工織物粘土墊層水力特性的影響                        摘要：土工織物粘土墊層的工程特性與孔隙液體的化學(xué)性質(zhì)有著密切的關(guān)系。在墊層或填埋系統(tǒng)的應(yīng)用，補救現(xiàn)場履蓋系統(tǒng)的應(yīng)用，以及二次污染系統(tǒng)中的應(yīng)用，似乎可滲透多種液體。在這項研究中，將樣品水化，并由不同的液體滲透。從而可以確定出樣品的水力傳導(dǎo)率。結(jié)果示出，的水力傳導(dǎo)率均受水化作

2、用和滲透液體的化學(xué)性質(zhì)控制。另外，即使僅由水狀液體水化，而非飲用水，其仍然可以減緩滲濾作用。 關(guān)鍵詞：土工織物粘土墊層 導(dǎo)水率 應(yīng)力強度 孔液體  1序言土工織物粘土墊層（）已經(jīng)被廣泛地用于填埋中的隔水層，污染場地的補救，以及次生污染系統(tǒng)。在復(fù)合材料墊層中，可被輔設(shè)在土工膜下方，或在其它情況中，作為一種單獨的墊層。雖然具有較低的水力滲透率，這是公認的，但在一些情況中，將不得不限制液體的流動（指非飲用水）。例如，一些填埋物可能位于靠近海岸線處，因為尋找合適的位置，已經(jīng)成為非常困難的事情。在這種情況下，使用墊層在瀝濾滲透之前可能與海水接觸。其它可能發(fā)生的情況是，在重工業(yè)區(qū)或鄰近重工業(yè)區(qū)，

3、酸雨是主要的環(huán)境影響之一。對于這些區(qū)域的填埋，酸雨水可能是水化液體。更進一步講，在覆蓋物中可能易遭受酸雨的長期滲透作用。 的水力傳導(dǎo)率有這樣幾項觀察孔液對工程特性影響的研究。大多數(shù)的觀察集中在水力傳導(dǎo)率的變化上。例如，有人已經(jīng)做過用各種化學(xué)溶液，包括天然的或人造填埋物的瀝出液滲入樣品的試驗。陽離子、電解質(zhì)、滲透常數(shù)和水化液對中膨潤土的水力傳導(dǎo)率具有很強的影響。通過滲透一個自來水水化液樣本，用 溶液，作用于應(yīng)力下，樣品的水力傳導(dǎo)率增加近倍。試驗由格力森等人完成，結(jié)果示出，當滲透物由自來水轉(zhuǎn)換為 溶液時，壓實的砂性膨潤土混合物水力傳導(dǎo)率增加了約倍，另外，在描述安裝現(xiàn)場時提到，此膨潤土中的鈉被石灰?guī)r

4、表層濾去的鈣置換，引起了水力傳導(dǎo)率的大量增加。由試驗中可以看出，控制讓其能阻止化學(xué)溶液滲漏的最重要因素是水化液體。當一個樣品先于其它的滲透液水化，的水力傳導(dǎo)率仍然非常低（在 范圍內(nèi)）。另外，的滲透作用與實際的沖洗液造成較低的水力傳導(dǎo)率（ 1）。從而得出結(jié)論，由于實際的沖洗液包含數(shù)量大約相等的單價和多價的陽離子，單價陽離子可抵銷多價陽離子的影響。試驗結(jié)果示出，樣品用蒸餾水預(yù)先水化，當?shù)臐舛龋瑥脑黾拥綍r，的水力傳導(dǎo)率增加近個數(shù)量級，由于孔隙率的增高，其水力傳導(dǎo)率有所增加。由于濃度接近孔隙率全部作用的相同級別，造成水力傳導(dǎo)率的增加。對比一下，用溶液預(yù)先水化的樣品，當濃度從增加到時，的水力傳導(dǎo)率增加近

5、的數(shù)量級。結(jié)論是直接濾過的溶液相對初始濾過蒸餾水而言，吸附層厚度比孔隙率的影響更大。在鹽濃度增加時對針穿孔的水力傳導(dǎo)率的作用進行了研究。研究人員發(fā)現(xiàn)，的水力傳導(dǎo)率隨的濃度而增加，不管是否滲透蒸餾水或是直接滲透溶液。結(jié)果表明，鹽溶液濃度增加可收縮吸附層并顯著增加水力傳導(dǎo)率，甚至當滲液僅包括單價陽離子時。用各種溶液對進行膨脹試驗和水力傳導(dǎo)率試驗。試驗結(jié)果指出，滲透的溶液包括二價的，三價的陽離子具有較高的水力傳導(dǎo)率和較低的自由膨脹率（與滲透單價溶液或消離子水比較）。另外，也推斷出，當值非常低（）或非常高（）時，才影響的膨脹和水力傳導(dǎo)率。對滲透不標準液的水力傳導(dǎo)率作用因素試驗進行了討論。試驗結(jié)果表明，

6、不標準液包括單價陽離子的高濃度和低濃度的多價陽離子，可以導(dǎo)致水力傳導(dǎo)率的顯著增加，試驗提供充分的時間進程，以使吸附的陽離子進行交換。在化學(xué)平衡之前，水力傳導(dǎo)率（包括預(yù)水化的）的試驗結(jié)束，可能導(dǎo)致測得的水力傳導(dǎo)率不代表化學(xué)平衡時的水力傳導(dǎo)率，而可能是很低的。進一步講，還進行了其中包括非水液體滲透的研究。土地管理部門采用汽油、柴油和煤預(yù)先水化滲透。結(jié)果示出在有效壓力作用下，樣品的水力傳導(dǎo)率低于× 。還發(fā)現(xiàn)，當被有機液體和化學(xué)溶液滲透時，水化作用的的水力傳導(dǎo)率沒有看出有顯著的增加。對乙醇濃度對針穿孔的水力傳導(dǎo)率的作用進行了研究。乙醇濃度時，水力傳導(dǎo)率是下降的，反之，當乙醇濃度高于時，水力傳

7、導(dǎo)率逐漸增加。這種情況可解釋為受到吸附層的厚度和粘滯度作用的影響。 試驗程序為了估算填埋中的性能，或海岸區(qū)和酸雨區(qū)次生污染防治設(shè)備的性能，實施了一系列滲透試驗。通過水化滲透液體的類型和它們應(yīng)用的效果進行選擇。另外，在中，膨潤土的自由膨脹試驗采用同樣的液體排列組合進行，有助于估價水力傳導(dǎo)率試驗的結(jié)果。. 土工織物粘土墊層在這項研究中的應(yīng)用指定名稱為和。接下來的描述是以工廠制造加工提供的信息為基礎(chǔ)。包括非紡織針刺土工織物，這種土工織物是針再一次通過膨潤土層刺入有紡的縫膜土工織物。膨潤土含量為?！案尚浴迸驖櫷恋乃莺吭谥屑s為。在中，的膨潤土粘合在兩織物之間，上面的一層是有紡的土工織物，下面一層是稀

8、松有紡?fù)凉た椢铩煞N的厚度在干燥情況下約為。.水化作用和滲透液體水化液和滲透液的選擇包括自來水、酸性水、海水、淋洗液和汽油。這些液體的選擇特性列于表。酸性水是在電離蒸餾水中加入了鹽酸。值調(diào)整到.，這個值是相對于大多數(shù)酸雨的值。應(yīng)該注意，在某些范圍內(nèi)，遭受了相當嚴重的工業(yè)污染后，雨水的值甚至可以低于.。從直埋物附近的海濱提取海水，從同一直埋物處理廠抽取沖洗液的樣品，沖洗液各種主要指標的濃度列于表。2.3 試驗設(shè)備和程序為了獲得膨潤土對試驗液體的反應(yīng)，進行了一系列自由膨脹試驗。試驗按照 標準，除了膨潤土允許在某些液體中膨脹以外。對于每一種試驗，把烘干的膨潤土放進圓柱型量筒內(nèi)，加水化液體。大約小時后

9、，對膨潤土體積進行量測。.水力傳導(dǎo)率試驗進行水力傳導(dǎo)率試驗的樣品直徑為.（.）。試驗的用柔性壁滲透儀按照 標準程序進行。）滲透的接口設(shè)備用做滲透液容器。樣品被水化并給予.（.）的反壓力，以提高飽和度。樣品的有效應(yīng)力保持在.（.）。樣品的容量變化采用水化度指示器進行監(jiān)測。水化時間為小時。對于用消電離蒸餾水和自來水水化的樣品，水化時間約為星期。參照有關(guān)人員的研究，在可比性試驗結(jié)束前，的高度應(yīng)為常數(shù)。在這項研究中，監(jiān)視水化過程中和滲透期間樣品的體積變化，記錄壓力盒中水的容量變化。最終，全部的水力傳導(dǎo)率試驗，樣品的體積達到穩(wěn)定。另外，試驗后測量樣品的高度。樣品與各種液體的水化滲透結(jié)果列于表。對于樣品，

10、流入和流出壓力調(diào)整為.的規(guī)定水頭差，相當于約的水力梯度。對于每項試驗來說，任何單一液體的滲透直到顯現(xiàn)為平衡，即：流出率與流入率的比保持在±.，以及計算的水力傳導(dǎo)率變化小于個連續(xù)量測平均值的?；瘜W(xué)平衡條件用值和電的傳導(dǎo)率進行評定。                             .結(jié)果論證.自由膨脹試驗

11、結(jié)果自由膨脹試驗結(jié)果示于表。用查普曼理論描述膨潤土的膨脹與溶解物的陽離子化合價的關(guān)系，電解值濃度和溶解物的不導(dǎo)電常數(shù)。正如所料，膨潤土用海水浸泡后證明了其最低限度的膨脹。海水較多的電解質(zhì)濃度和多價的陽離子抑制了膨潤土的膨脹。另一方面，可以發(fā)現(xiàn)，膨潤土由酸性水溶化膨脹量最大。必須注意到，膨潤土漿的值為，受到泥漿液固體率的影響。因此，產(chǎn)生這個結(jié)果的原因可能是酸與孔隙水中的堿相中和，這樣使得膨潤土更加膨脹。另外膨潤土由沖洗液水化，其膨脹程度僅為消電離水的一半，這是由于淋洗液中的溶解物造成的。.水力傳導(dǎo)率試驗結(jié)果表為水力傳導(dǎo)率試驗結(jié)果的簡要概括。試驗后量測的樣品物理性質(zhì)在表中示出。特別注意到，對酸性水

12、的水力傳導(dǎo)率和沖洗液的水力傳導(dǎo)率與消電離水的相似。關(guān)于各種水質(zhì)的水力傳導(dǎo)率的詳細介紹在下文中敘述。樣品對自來水或消電離水的滲透，其水力傳導(dǎo)率相對穩(wěn)定且快。和樣品對自來水的滲透作用，其水力傳導(dǎo)率分別為.× -和.× -。對消電離水的水力傳導(dǎo)率均為.× -。另外，雖然非常緩慢，但樣品的體積仍在增加。對于水的滲透，這兩個型號的水力傳導(dǎo)率幾乎是相同的。圖 自來水水化水力傳導(dǎo)率試驗結(jié)果 圖 消電離水水化樣品的水力傳導(dǎo)率試驗結(jié)果和對海水滲透的水力傳導(dǎo)率分別為.× -和.×-。這個結(jié)果是海水淋洗液水力傳導(dǎo)率試驗中的一部分。樣品的水力傳導(dǎo)率在滲透過程中仍然趨于

13、穩(wěn)定。然而，的水力傳導(dǎo)率是的倍。出流的經(jīng)滲透過程而減少，最終接近海水的（圖）。圖海水水化樣品的水力傳導(dǎo)率試驗結(jié)果出流的值隨試驗的進程而有所降低（見圖）。，及的各種濃度示于圖（）。和的陽離子濃度相同。滲透作用初期，出流液體的濃度比海水中的濃度大，然后逐漸減少，最終低于海水濃度。另一方面，出流液體的濃度穩(wěn)定低于海水。更進一步講，的濃度穩(wěn)定高于海水，因此可以推斷，膨潤土中的離子也被替代。很顯然，陽離子的替換過程在膨潤土顆粒表面持續(xù)進行。在試驗初期，和其它所有離子濃度的增加可能是較高的原因（見圖）。另一方面，對于水化后的樣品用海水滲透，其水力傳導(dǎo)率直到倍孔隙體積的海水透過后才停止增加。和樣品對海水的水

14、力傳導(dǎo)率分別從.×-和.× -增加到.× -和.× -。這些水力傳導(dǎo)率數(shù)值比樣品直接滲透海水要低得多。一旦滲透由自來水轉(zhuǎn)換成海水。流出率（）比流入率（）大。這種現(xiàn)象類似于報告的用溶液滲透消電離蒸餾水水化的?；虻纳呖赡苁怯捎陔p層膨潤土滲出的收縮量造成的。吸附水的釋放增加了流出率。在滲透量大到倍孔隙體積時，流出流入率達到最大值，并很快回落到一個相對穩(wěn)定值。另外，在滲透作用中，樣品的體積穩(wěn)定降低。流出液體的導(dǎo)電率在試驗的第一階段明顯增加，然后逐步下降。最終流出液體的導(dǎo)電率幾乎與流入的海水一樣。流出液體的值開始約為.，然后持續(xù)下降。導(dǎo)電率峰值發(fā)生在水流量達孔隙

15、體積之后。的峰值也發(fā)生在孔流量為的前后。海水中，和的濃度分別為、和，高價陽離子和高電解質(zhì)濃度海水導(dǎo)致水力傳導(dǎo)率的增加。另外，在膨潤土顆粒表面，陽離子的交換作用是流出液體導(dǎo)電率發(fā)生變化的原因。比率的變化可能是由于雙層膨潤土顆粒的收縮量造成。然而，就水力傳導(dǎo)率而言，這項研究的結(jié)果證實了與淡水的水化作用可以在一定程度上降低液體的負面影響，如海水。然而，自來水水化作用的水力傳導(dǎo)率低于海水水化作用的水力傳導(dǎo)率。當酸性水用于水化作用和滲透作用液體時，水力傳導(dǎo)率的作用不明顯。流出液體的導(dǎo)電率比酸性水要高得多。這可能是由于一些鹽份從膨潤土中釋放到酸性水中造成的。從一系列試驗，檢測的流出液體的值見圖。由于樣品的

16、入流和出流面都與酸性水起水化作用，由收集到的幾乎全部的出流液體示出值是穩(wěn)定增高的。增高的值證實，膨潤土具有相當大的緩沖容量。然而，預(yù)計長期被酸性液體溶解，最終膨潤土將竭盡其緩沖容量。從出流值示出到試驗?zāi)┪矔r，有降低的趨勢。如果水力傳導(dǎo)率試驗持續(xù)時間較長，那么出流的值與入流的相同。然而，有人建議，由于這項研究中采用酸性水的值，大于，水力傳導(dǎo)率也許仍可保持在 -范圍。水化樣品，并滲透沖洗液，在出流量達個孔隙體積前連續(xù)監(jiān)測樣品的水力傳導(dǎo)率。水力傳導(dǎo)率和的比率在滲透作用開始不久就達到穩(wěn)定。最終和對沖洗液的水力傳導(dǎo)率分別為.× -和.× -。在值穩(wěn)定，滲透作用繼續(xù)的情況下，出流液的導(dǎo)

17、電率降低。然而，對于用自來水預(yù)水化的和樣品，對沖洗液的水力傳導(dǎo)率分別為.× -和.× -。轉(zhuǎn)換為滲透沖洗液不會導(dǎo)致水力傳導(dǎo)率的明顯增加。樣品在自來水水化作用前似乎釋放一些鹽份到滲出物中，從而引起了導(dǎo)電率的增加。雖然沖洗液包含各種型式數(shù)量可觀的陽離子，但對水力傳導(dǎo)率的作用非常小，因為高化合價陽離子的濃度相對低于鈉離子濃度。與此同時，開始出流液的值高于沖洗液并逐漸達到平衡。對于水化和開始用海水滲透的樣品，一旦開始用沖洗液，水力傳導(dǎo)率便會迅速下降。和的水力傳導(dǎo)率從.× -和.× -分別下降至× -和.× -。用海水水化的對沖洗液的水力傳導(dǎo)率

18、大大高于。進一步講，的比率在沖洗液的滲透過程中小于歡洌瘢錚酰簦瘢椋瞠嚷適賈戰(zhàn)詠?，沒有觀察到明顯的流量變化。水力傳導(dǎo)率明顯下降的原因可能是由于沖洗液對膨潤土的重新水化造成的。這可由樣品流量的增加表明。與此同時，當流出物由海水轉(zhuǎn)換為沖洗液時，其導(dǎo)電率明顯降低。最終，必須再次指出，海水對                    4.結(jié)論 研究結(jié)果使我們可以深入了解在沿海區(qū)域和酸雨區(qū)域的填埋和二次污染控制系統(tǒng)中對的應(yīng)用前景。當設(shè)置為防滲層的時候，可以把填埋的滲透作用減至最小，即使?jié)B濾液體為酸性雨。對于填埋時底部的墊層系統(tǒng)，將仍然會妨礙沖洗液的流動，即使是被海水或沖洗液本身水化的。作為一項次生污染控制系統(tǒng)的屏障，對汽油或其它有機液體仍然是長期有效的，不管是由什么樣的水，海水或酸性雨水產(chǎn)生的水化作用。圖水力傳導(dǎo)率試驗與自由膨脹試驗結(jié)果之間的關(guān)系5.總結(jié) 本文分析了孔隙液體對兩種工程特性的影響。其中的一種具有內(nèi)在的加固纖維，而另一種沒有。兩種的水力傳導(dǎo)率都取決于水化作用和滲透作用的化學(xué)性質(zhì)。只要用水狀溶液