干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 改性黄土衬里关键技术研究

Arid

	改性黄土衬里关键技术研究
	孔令勇; 吴军荣; 章伟民; 张虎元; 裴照堂; 刘若琪; 张恩祥; 张延明; 樊锦仁; 张森安; 吕擎峰; 严耿升; 冯蕾; 赵天宇
完成单位	中国市政工程西北设计研究院有限公司
登记(发布)日期	2009
中文摘要	1、选题来源与背景本研究课题任务是根据公司生产需要所列的自主研究课题,并报本公司上级公司中国建筑股份有限公司立项资助的科研项目。中国建筑股份有限公司立项课题名称为：改性黄土衬里关键技术研究。编号为：CSCEC-2008-Z-21。 2、技术原理本课题是一个多学科交叉研究课题,问题本身来源于固体废弃物处置领域,研究结果也将应用于固体废弃物处置;研究手段主要借用岩土工程学的试验方法;所研究问题的学术焦点主要集中在饱和渗流问题上。课题在国内首次开展废弃物填埋场防渗材料本土化研究,具有重大学术理论意义。通过试验确定的改性黄土衬里基本设计参数,在我国黄土地区具有技术示范和推广价值,也可以给西北沙漠、戈壁地区的填埋场设计提供指导。课题采用柔性壁渗透仪测定改性黄土的渗透系数,消除了传统的刚性壁渗透仪中土样与刚性壁之间的侧壁漏水问题,极大地提高了渗透试验的精度,解决了防渗衬里高精度渗透试验要求的关键技术,提高了试验结果的可靠性,能够为填埋场衬里设计提供可靠的技术参数。 3、性能指标改性黄土渗透性随膨润土掺量增加呈现初期缓慢降低,随后以某一特定速率快速降低,最后降低变缓趋于稳定值。兰州黄土添加14%高庙子膨润土后渗透系数低于1.0×10-7cm/s,榆林黄土分别在添加10%高庙子膨润土和35%商品膨润土后渗透系数低于1.0×10-7cm/s。设计厚300cm、渗透系数为1.0×10-6cm/s的替代衬垫对污染物的衰减效果达到了标准衬垫(厚200cm、渗透系数为1.0×10-7cm/s)的90%以上,这说明在渗透系数大于规范要求时,通过适当增大衬垫厚度进行补偿,同样可以达到与标准衬垫相当的防渗效果。对于西北地区,替代衬垫的设计可以从材料替代和污染控制替代两个方面考虑,确定适合的衬垫设计方案。 4、技术的创造性、先进性本课题在国内首次系统开展废弃物填埋场防渗材料本土化研究,具有重要学术理论意义。在改性黄土衬里本土化应用研究的基础上,本课题还提出了“污染控制等效性原则”新思路,阐明了厚度补偿渗透系数的合理性,期望为废弃物填埋处置场污染控制设计提供新理论。 (1)石灰、水泥和粉煤灰属于水硬性材料,与黄土混合后遇水易发生硬化反应,在土中形成硬化小团粒,降低了改性黄土的干密度,进一步增大了改性黄土的渗透性。由于膨润土自身的低渗透性、膨胀性及在黄土颗粒孔隙中的填充效应,可以有效地改善黄土的击实性能和防渗性能,从而满足填埋场防渗衬里的要求。通过改性材料的遴选试验研究,最终确定膨润土为黄土地区适宜的改性材料。 (2)兰州黄土和榆林黄土对Zn2+、Cd2+两种离子的吸附量随平衡浓度的增大而增大,在平衡浓度较小时对两种离子的吸附量增长较小,随着平衡浓度的增大两种黄土对离子的吸附量明显增大。 (3)膨润土改性黄土最大干密度随膨润土添加率增大呈现阶段性变化规律,即刚开始急剧增大直至达到峰值,可将黄土的最大干密度提高0.06g/cm3,之后随膨润土含量增大而缓慢降低。 (4)改性黄土渗透性随膨润土掺量增加呈现初期缓慢降低,随后以某一特定速率快速降低,最后降低变缓趋于稳定值。兰州黄土添加14%高庙子膨润土后渗透系数低于1.0×10-7cm/s,榆林黄土分别在添加10%高庙子膨润土和35%商品膨润土后渗透系数低于1.0×10-7cm/s。 (5)改性黄土在渗透过程中受到围压和渗透压的影响,随着围压和渗透压的增大,土体内的孔隙进一步被压缩。增大围压和渗透压都可以引起改性黄土渗透系数在同一数量级上降低。因此在填埋场设计时可以通过预测防渗衬里的围压和渗透压来预留渗透系数的安全储备。 (6)加入膨润土后黄土颗粒相互靠近更紧密,粘土矿物包裹黄土颗粒并充填于颗粒孔隙之间,使改性黄土的孔隙度和孔隙连通性都明显减小,从微观组成上改良了黄土的渗透性能。微结构观察结果还表明,随着渗透作用进行,改性黄土的孔隙会进一步被堵塞。 (7)设计厚300cm、渗透系数为1.0×10-6cm/s的替代衬垫对污染物的衰减效果达到了标准衬垫(厚200cm、渗透系数为1.0×10-7cm/s)的90%以上,这说明在渗透系数大于规范要求时,通过适当增大衬垫厚度进行补偿,同样可以达到与标准衬垫相当的防渗效果。对于西北地区,替代衬垫的设计可以从材料替代和污染控制替代两个方面考虑,确定适合的衬垫设计方案。 5、技术成熟程度、适用范围和安全性本成果为实验室研究成果,还需要通过生产性试验和研究。本课题的研究思路和成果是主要应用在垃圾填埋场及相关领域,在为建设方考虑,是出于降低工程造价,减轻建设的经济负担而做的努力。这也将为推进西北干旱地区垃圾卫生填埋的进程有积极作用和现实意义。通过试验确定的改性黄土衬里基本设计参数,在我国黄土地区具有技术示范和推广价值。与粘土衬里相比,改性黄土衬里将降低处置工程造价,预示着巨大的经济效益。 6、存在问题和改进意见： (1)进行膨润土改性黄土的现场试验研究尽管室内试验研究已经证明改性黄土在某一特定膨润土含量条件下可以满足填埋场衬里的防渗要求,但现场施工条件与室内试验存在较大差别,只有通过现场放大试验验证后才能作为防渗衬里的设计参数。 (2)建立符合黄土特性的污染物迁移模型为了能更准确地设计替代衬垫,在精确测定黄土对常见离子扩散系数和阻滞系数的基础上,建立符合黄土特性的污染物迁移模型,定量计算衬垫防渗指标值,为设计出合理有效的填埋场衬垫提供技术支持。 7、历年获奖情况暂无
中文关键词	黄土改性 ; 填埋场衬里 ; 渗透
成果类型	应用技术
语种	中文
国家	中国
中图法分类号	X705
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001425873
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/242607
推荐引用方式 GB/T 7714	孔令勇,吴军荣,章伟民,等. 改性黄土衬里关键技术研究[Z]. 应用技术,2009.