混合土环境土工特性研究及其在填埋场粘土衬垫中的应用.pdfVIP

混合土环境土工特性研究及其在填埋场 粘土衬垫中的应用 林廷松 唐晓武 史成江 应小丰 (浙江大学岩土工程研究所 杭州 310027) 摘 要 基于填埋场粘土类防渗垫层所关心的四个关键问题：渗透性、强度、吸附性、扩散性，对混合土(疏浚 土与粉质粘土)与原粉质粘土做了大量对比试验。结果表明，均在最优含水量情况下．混合土的渗透系数低于 粉质粘土的渗透系数．且随疏浚土掺入量增加而降低；混合土的不固结不排水强度要高于粉质粘土，且随疏浚 土掺人量增加而增加；混合土对Cu2+和Zn2+的吸附能力远高于粉质粘土，在高浓度时对K+的吸附能力也较 粉质粘土强，吸附能力随疏浚土掺人量增加也有所增强。充分利用疏浚土有机质含量高、吸附能力强和低透 水性等特点，将其作为填埋场粘土衬垫的添加材料。等温吸附试验、扩散试验结果表明：粉质粘土掺入疏浚土 后，对金属离子的吸附能力得到增强，尤其对高价Cu“的吸附能力显著提高，同时可以显著地降低Cu2+的扩 散系数。研究表明，有机质对Cu”的强吸附能力是Cu”扩散系数降低的主要原因。粉质粘土掺入疏浚土后极 大地提高了粘土衬书的环境土工特性，非常适合作为填埋场粘土衬垫。 关键词：粘土衬垫 填埋场 疏浚土 渗透系数不排水强度 吸附能力 扩散系数 1 引 言 随着各地“蓝天碧水工程”的实施，将产生数量惊人的疏浚土，各级政府也在积极引导最大限度地利 用疏浚土，如将无污染疏浚土作为有机肥料，将一般疏浚土制砖，然而大部分的疏浚土仍需要堆放，占用 大量土地。因此大量疏浚土如何堆放，是摆在各级政府面前的一道难题。与此同时，生活水平的提高造 成垃圾产量激增，各地开始兴建卫生填埋场，其渗漏问题是主要问题。为避免填埋场的渗漏，填埋场垫层 需要低渗透性和吸附能力强的材料。目前国外普遍利用GCL(膨润土复合土工膜)结合粘土层作为复合 防渗垫层，GCI，在施工及使用过程中易破损，且自身吸附能力有限，因此必须在GCL下用粘土做衬垫， 即GCL可适当减薄粘土衬垫厚度，但不能取代n]。填埋场中，粘土衬垫可起屏障和隔离作用，一方面是 利用其压实后的低渗透性来阻滞有害气体和渗滤液的渗出；另一方面则是利用其吸附能力来吸收污染 物。由于选址的困难，现代卫生填埋场的填埋高度普遍较高，粘土衬垫必须具有足够的强度以承受高 压‘引。 疏浚土具有密水性和较高的吸附能力，粉质粘土具有较高的抗剪强度，因此如果将疏浚土与粉质粘 土混合，混合土将能结合二者的优点，具有低渗透、强吸附、高强度的特点。本文从物理特性、力学特性、 环境岩土工程特性及污染物在粘土衬垫中迁移的角度，研究粉质粘土掺入疏浚土后是否适合作为填埋 场防渗垫层，并与原粉质粘土做对比。 2物理特性(击实试验与渗透试验) 笔者选择以杭州西湖为代表的湖泊疏浚土，土样取自杭州玉皇山山脚的西湖疏浚土库区，粉质粘土 取自杭州天子岭垃圾填埋场山脚附近的浅层(填埋场衬垫所用土料)。土样的基本物理化学性质如表1 混合土环境土工特性研究及其在填埋场粘土衬垫中的应用 341 ～2所示。对疏浚土与粉质粘土的混合土及原粉质粘土的土工特性和环境土工特性进行了对比试验研 究。为与混合土区别，下文中称原粉质粘土为天然土(疏浚土掺入量为0％)，从颗粒级配的角度看天然 土属粉质粘土，因其击实后的渗透系数约为1×10～cm／s，小于国家标准1×10—7cm／s‘引，在杭州天子岭 填埋场中将此土直接用于填埋场衬垫。 表1试验土样的基本物理性质 ．有机质含量 PH 粘土矿物含量(％) 初始离子含量Crag／g) 土样 (％)(100％含水量时)蒙脱石伊利石 高岭石 K+ Na+ Cu” Zn” 注：一表不无法测定 渗透问题是填埋场粘土垫层的核心研究内容之一，可采用常规土工试验设备进行击实试验和渗透 试验得到。试验所用混合土制备过程如下：将风干后的疏浚土磨碎。然后与过5mm筛的风干天然土混 合均匀，其中风干的疏浚土分别占总重的15％、25％。表3为天然土及15％、25％掺合比下土样的液塑 限，可以看出液塑限均随疏浚土掺入量增加而增大。用作压实垫层的土料其塑性指数在10～35之间比