一种钠基膨润土防水毯和土工膜复合衬里剪切强度的简化确定方法与流程

本发明属于环境岩土技术领域，具体涉及一种钠基膨润土防水毯土工膜复合衬里用于边坡稳定性分析时剪切强度的简化确定方法。

背景技术：

针刺钠基膨润土防水毯(gcl)和土工膜(gm)常作为防渗结构应用于工程当中，两者相互接触并组成很好的复合防渗结构层，水化后的针刺gcl内部界面和gcl与土工膜接触界面的摩擦特性是维持边坡稳定的非常重要指标。工程应用中常用剪切强度来表征针刺gcl内部界面和gcl与土工膜接触界面的摩擦特性，针刺gcl内部剪切强度和gcl与土工膜接触界面剪切强度的获得常通过大型剪切试验来获取。

一般的检测机构和企业都缺乏大型剪切试验设备，而且钠基膨润土防水毯的水化过程缓慢，一组试验需要准备3-4天，因此开展相关强度试验的效率非常低。

针刺钠基膨润土防水毯+土工膜复合衬里结构在不同法向压力下的剪切破坏面会发生改变，采用针刺gcl内部剪切强度或gcl与土工膜接触界面强度进行边坡稳定分析会得到偏高的安全系数，不利于工程安全。

采用针刺钠基膨润土防水毯+土工膜复合衬里的整体剪切强度进行边坡稳定性分析，不但更真实地反映其整体摩擦性能，而且减少了计算工作量，具有更好的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种简单实用、安全可靠的针刺钠基膨润土防水毯和土工膜复合衬里的剪切强度确定方法。

本发明的技术解决方案是：

一种钠基膨润土防水毯和土工膜复合衬里剪切强度的简化确定方法，其特征是：包括下列步骤：

(1)取钠基膨润土防水毯内部钠基膨润土进行水化饱和剪切强度试验，试验获得膨润土防水毯中水化钠基膨润土的峰值剪切强度τb；

(2)利用水化膨润土的峰值强度与钠基膨润土防水毯和土工膜复合衬里整体剪切强度之间的关系估算出钠基膨润土防水毯和土工膜复合衬里的峰值剪切强度τp；

(3)利用水化膨润土的残余强度估算钠基膨润土防水毯和土工膜复合衬里的残余剪切强度τr，用于含钠基膨润土防水毯和土工膜复合衬里的边坡稳定性计算。

具体的，上述步骤(1)中取钠基膨润土防水毯内部钠基膨润土进行水化饱和剪切强度试验，具体操作步骤为：

1)将钠基膨润土按液限含水率配制土样；

2)将土样装入土工直剪仪中，考虑到加压后的固结沉降应适当多填入膨润土试样，然后在剪切盒中加水饱和；

3)加压至试验压力后固结2天，或者观察沉降稳定，试验压力分别取25、50、100和200kpa；

4)剪切速率控制在0.1mm/min或以下；

5)根据试验峰值强度包线拟合得到内摩擦角φb的大小；

6)忽略水化膨润土的黏聚力，水化膨润土的峰值强度按下式估算τb＝σn*tanφb，其中σn为法向压力。

具体的，上述步骤(2)中，钠基膨润土防水毯和土工膜复合衬里的的峰值剪切强度τp与水化膨润土峰值剪切强度τb的关系为：τp＝n*τb，n取1.4-1.6的常数。

具体的，上述步骤(3)中，钠基膨润土防水毯和土工膜复合衬里的残余剪切强度τr按线性表达式τr＝cr+σn*tanφb计算，其中σn为法向压力，取cr＝0，φr＝5°。

不管针刺钠基膨润土防水毯+土工膜复合衬里的最终剪切破坏面发生在gcl内部或者土工膜与gcl接触界面上，水化膨润土的残余剪切强度都代表了复合衬里剪切强度的下限。因此，针刺钠基膨润土防水毯+土工膜复合衬里整体残余剪切强度τr按线性表达式τr＝cr+σn*tanφb计算。水化膨润土的残余强度可以采用经验强度估算，取cr＝0，φr＝5°。

具体的，上述的一种钠基膨润土防水毯和土工膜复合衬里剪切强度的简化确定方法，在填埋场坡度小的底坡位置处选用钠基膨润土防水毯和土工膜复合衬里的峰值剪切强度，而在坡度较大的斜坡上选用钠基膨润土防水毯和土工膜复合衬里的残余剪切强度。

本发明的有益效果是：本发明的强度测定和确定方法简单易行，对试验装置的要求不高，检测时间短，节省人力物力；并且复合衬里的剪切强度估算值偏安全，测定的数据安全可靠。

附图说明

图1为水化钠基膨润土剪切示意图；

图2为水化钠基膨润土的剪切应力位移曲线；

图3为水化钠基膨润土的峰值强度包线；

图4为针刺膨润土防水毯+土工膜复合衬里整体剪切峰值强度；

图5为针刺膨润土防水毯+土工膜复合衬里整体剪切残余强度。

具体实施方式

一种针刺钠基膨润土防水毯和土工膜复合衬里剪切强度的简化确定方法，包括下列步骤：

(1)试验获得膨润土防水毯中水化钠基膨润土的峰值剪切强度τb

取gcl内部钠基膨润土进行水化饱和剪切强度试验，试验设备采用土工直剪仪，具体细节按如下过程操作：

1)将钠基膨润土按液限含水率配制土样；

2)将土样装入直剪仪中(如图1)，考虑到加压后的固结沉降应适当多填入膨润土试样，然后在剪切盒中加水饱和；

3)加压至试验压力后固结2天，或者观察沉降稳定，试验压力分别取25、50、100和200kpa；

4)剪切速率控制在0.1mm/min或以下，所得应力位移关系曲线如图2所示；

5)忽略水化膨润土的黏聚力，根据试验峰值强度包线拟合得到内摩擦角φb的大小，如图3所示；

6)任意法向压力下水化膨润土的峰值剪切强度按下式估算τb＝σn*tanφb，其

中σn为法向压力。

(2)针刺钠基膨润土防水毯+土工膜复合衬里整体剪切峰值强度τp的确定办法

通过线性关系表达τp＝n*τb的简化方法来获取针刺钠基膨润土防水毯+土工膜复合衬里整体峰值剪切强度(τp)，n取1.4-1.6的常数。常数n的取值与所受法向压力有关(如图4)，最保守可取n＝1.4。

(3)针刺钠基膨润土防水毯+土工膜复合衬里整体残余剪切强度τr的确定办法

水化膨润土的残余剪切强度都代表了复合衬里剪切强度的下限，针刺钠基膨润土防水毯+土工膜复合衬里整体残余剪切强度τr按线性表达式τr＝cr+σn*tanφb计算。水化膨润土的残余强度可以采用经验强度估算，取cr＝0，φr＝5°(如图5)。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种钠基膨润土防水毯和土工膜复合衬里剪切强度的简化确定方法，涉及环境岩土技术领域，具体涉及填埋场底部针刺钠基膨润土防水毯和土工膜复合衬里的剪切强度确定和边坡稳定性计算；本发明涉及的针刺钠基膨润土防水毯和土工膜复合衬里剪切强度确定方法的特点是：将针刺钠基膨润土防水毯和土工膜复合衬里作为一个整体进行抗剪强度的确定；采用钠基膨润土的剪切强度定量估算复合衬里的峰值剪切强度和残余剪切强度。本发明的方法简单易行，对试验装置的要求不高；复合衬里的剪切强度估算值偏安全。

技术研发人员：林海;周创兵;姜清辉;范婷婷;章玲玲
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：2017.05.31
技术公布日：2017.09.29