颗粒膨胀对膨润土复合衬垫防渗性能的影响及介观机制分析

作者：侯娟; 张金榜; 孙银玉; 孙瑞; 刘飞禹

来源：岩土力学, 2023, 44(10): 3039-3048.

DOI：10.16285/j.rsm.2023.0712

• 膨润土复合衬垫
• 颗粒膨胀
• 渗透系数
• 有效孔隙率
• 迂曲度

膨润土复合衬垫(geosynthetic clay liners,GCL)的防渗性能与膨润土颗粒水化后的多孔介质特性密切相关。通过建立去离子水环境下颗粒尺度GCL渗流的COMSOL数值计算模型，量化研究了颗粒膨胀对GCL有效孔隙率、迂曲度以及渗透系数的影响。研究结果表明，介观尺度膨润土颗粒的膨胀是影响GCL整体有效孔隙率、迂曲度及最终渗透系数的关键因素。膨润土颗粒膨胀会明显影响流径数量及流径通道宽度。当GCL的渗透系数接近10-11 m/s量级时，存在一条明显的主流径，初始孔隙率从0.5上升至0.6时，颗粒膨胀后的有效孔隙率从0.07上升至0.11，最小流径通道的宽度约为0.001 mm，大约为水分子的2 500倍。随着膨润土颗粒的膨胀，GCL内主流径迂曲度逐渐增加。当初始细颗粒直径为0.1 mm，初始孔隙率从0.5增加至0.6时，GCL内主流径迂曲度在1.2～1.4之间，但所有初始孔隙率下的主流径迂曲度变化范围在0.07左右。同时，渗透系数接近10-11 m/s量级时，膨润土颗粒膨胀对GCL渗透系数的影响非常显著，当孔隙膨胀率大于0.96后，孔隙膨胀率增加了0.01,GCL的渗透系数会迅速下降一个数量级。

• 单位
  青海大学; 上海大学; 土木工程学院