新技术：防渗垃圾填埋场

垃圾填埋场垂直防渗墙设置通常依据山谷地势设置，尽管不需要承担太大的竖向荷载，但在场内堆填垃圾和重力的作用下，受一定的剪切应力的影响，墙体会发生水平位移。在防渗浆材中添加粉质黏土对浆材固结体的抗剪强度具有一定的影响，因此，为了使拌合土浆材满足垃圾填埋场的使用要求，确保不发生失稳的事故，需要对拌合土浆材固结体的抗剪强度进行进一步试验。

1）试验步骤及试样制备

采用三轴应力应变仪对浆材的抗剪强度进行测试，试验步骤如下：

①经破碎、烘干、筛分的粉质黏土与水泥、粉煤灰等加入改性完成的膨润土烧杯中，经电动搅拌机充分搅拌，待浆材组分分布均匀，浆液中无气泡后，将浆材倒入61.8 mm×120 mm的已经在内壁均匀涂抹凡士林的模具中，此时浆材应尽量多浇筑，以应对浆材凝结后的收缩现象。待浇筑完成后用抹刀对模具中的浆液进行捣动，此步骤一方面可以将浆液中剩余的气泡引出；另一方面可以检测浆液中是否发生粉质黏土黏聚成块的现象，避免对拌合土浆材的三轴试验造成影响。

②待浆材固结体有一定强度后进行拆模，并置于水中养护待用。

③养护28 d后使用抹刀对浆材固结体的上下截面进行修整，使其可以更好地贴合三轴应力应变仪的装样室。

④采用不排水不固结试验（UU试验）对浆材固结体的抗剪强度进行试验。设置仪器以按剪切速率模式采集试验数据，剪切速率为1 mm/min，采用单级加载的方式，最大剪切量为6 mm。在浆材固结体满足试验结束条件后，系统将自动停止试验。

⑤试验结束后，需关闭仪器排水阀，卸载围压，放出压力缸内的水，取出试样并对仪器进行清理。

2）试验方案及数据分析

试验的防渗浆材采用基础配比为水泥210 g/L、膨润220 g/L、碳酸钠2.0 g/L、羧甲基纤维素钠1.5 g/L、粉煤灰160 g/L、聚羧酸减水剂3 g/L，通过往浆材中加入粉质黏土，观察其对拌合土浆材固结体抗剪强度的影响。控制每升防渗浆材中额外的粉质黏土的掺量从0 g增至150 g。根据拌合土浆材的实际用途及所处环境，决定采用不排水不固结试验（UU试验），实验方案见表6.4。得出的各组试样三轴剪切试验的应力-应变曲线如图6.5所示。(www.xing528.com)

表6.4　拌合土浆材三轴试验方案

图6.5　不同围压条件下拌合土浆材应力-应变关系的影响曲线

表6.5　拌合土浆材在不同围压下的极限应力及对应的极限应变

各组拌合土浆材在UU三轴试验中的极限应力及对应极限应变值见表6.5。由图6.5和表6.5可知，随着粉质黏土掺量的增加，拌合土浆材在不同围压下的极限应力呈现出逐渐减小的趋势。

粉质黏土的主要成分为蒙脱石、伊利石和高岭石。拌合土浆材固结体形成强度主要是水泥发生一系列的水化反应，生成水化硅酸钙胶体、水化铝酸钙胶体和氢氧化钙，在这一过程中会释放一部分的Ca2+。随着粉质黏土的加入使得浆材中的Ca2+浓度进一步增加，而膨润土钠化是通过提高膨润土中Na+的浓度来实现的，随着浆材中Ca2+浓度的显著增加，部分钠基膨润土中的Na+重新被Ca2+替换，还原成钙基膨润土，此时的膨润土分散性和膨胀性大幅度减小，表现为浆材的抗剪性能减小。

粉质黏土成分与膨润土类似，黏性土黏粒含量较多，具有一定的膨润土替代效果。基础配比浆材中的膨润土掺量已处于较为合适的范围，对水泥形成的空间网状结构形成有效的填充，使空间骨架密实牢固。随着粉质黏土的加入，提高了塑性混凝土中黏土材料的占比，水泥骨架结构黏结力降低，造成抗剪强度降低，这与膨润土掺量过多时对水泥骨架的过度填充原理类似。粉质黏土中的黏粒可以提高拌合土浆材的抗剪强度，但是相比于对水泥骨架黏结力的影响作用显得较为不明显，因此，随着粉质黏土掺量的增加，浆材的抗剪强度呈现减小趋势。拌合土浆材试样在UU三轴试验时发生的剪切破坏形态如图6.6所示。

图6.6　拌合土浆材试样剪切破坏形态

分析图6.6可知，试块发生的破坏形式为典型剪切破坏和劈裂剪切破坏。该剪切破坏的特征是从试块的一端45°～60°倾角出现的一条裂缝，倾斜贯穿整个试块主体，将试块分割成两个部分；劈裂剪切破坏则是自试块的顶部位置先出现一些向下的竖直裂缝，随着作用力的增大，裂缝向下延伸，一般到试块的1/3位置处会产生斜向裂缝，最终使试块发生劈裂剪切破坏。

试块在发生典型剪切破坏和劈裂剪切破坏时都会产生自试块顶部向下延伸的张拉裂缝。随着三轴试验的进行，仪器施加的拉应力开始超过试块抗拉的极限值，试块中的张拉裂缝不断增多且逐渐延伸，试块发生剪切破坏。