本發(fā)明屬于環(huán)境巖土技術領域，具體涉及一種鈉基膨潤土防水毯土工膜復合襯里用于邊坡穩(wěn)定性分析時剪切強度的簡化確定方法。

背景技術：

針刺鈉基膨潤土防水毯(gcl)和土工膜(gm)常作為防滲結構應用于工程當中，兩者相互接觸并組成很好的復合防滲結構層，水化后的針刺gcl內部界面和gcl與土工膜接觸界面的摩擦特性是維持邊坡穩(wěn)定的非常重要指標。工程應用中常用剪切強度來表征針刺gcl內部界面和gcl與土工膜接觸界面的摩擦特性，針刺gcl內部剪切強度和gcl與土工膜接觸界面剪切強度的獲得常通過大型剪切試驗來獲取。

一般的檢測機構和企業(yè)都缺乏大型剪切試驗設備，而且鈉基膨潤土防水毯的水化過程緩慢，一組試驗需要準備3-4天，因此開展相關強度試驗的效率非常低。

針刺鈉基膨潤土防水毯+土工膜復合襯里結構在不同法向壓力下的剪切破壞面會發(fā)生改變，采用針刺gcl內部剪切強度或gcl與土工膜接觸界面強度進行邊坡穩(wěn)定分析會得到偏高的安全系數(shù)，不利于工程安全。

采用針刺鈉基膨潤土防水毯+土工膜復合襯里的整體剪切強度進行邊坡穩(wěn)定性分析，不但更真實地反映其整體摩擦性能，而且減少了計算工作量，具有更好的應用前景。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述問題，提供一種簡單實用、安全可靠的針刺鈉基膨潤土防水毯和土工膜復合襯里的剪切強度確定方法。

本發(fā)明的技術解決方案是：

一種鈉基膨潤土防水毯和土工膜復合襯里剪切強度的簡化確定方法，其特征是：包括下列步驟：

(1)取鈉基膨潤土防水毯內部鈉基膨潤土進行水化飽和剪切強度試驗，試驗獲得膨潤土防水毯中水化鈉基膨潤土的峰值剪切強度τb；

(2)利用水化膨潤土的峰值強度與鈉基膨潤土防水毯和土工膜復合襯里整體剪切強度之間的關系估算出鈉基膨潤土防水毯和土工膜復合襯里的峰值剪切強度τp；

(3)利用水化膨潤土的殘余強度估算鈉基膨潤土防水毯和土工膜復合襯里的殘余剪切強度τr，用于含鈉基膨潤土防水毯和土工膜復合襯里的邊坡穩(wěn)定性計算。

具體的，上述步驟(1)中取鈉基膨潤土防水毯內部鈉基膨潤土進行水化飽和剪切強度試驗，具體操作步驟為：

1)將鈉基膨潤土按液限含水率配制土樣；

2)將土樣裝入土工直剪儀中，考慮到加壓后的固結沉降應適當多填入膨潤土試樣，然后在剪切盒中加水飽和；

3)加壓至試驗壓力后固結2天，或者觀察沉降穩(wěn)定，試驗壓力分別取25、50、100和200kpa；

4)剪切速率控制在0.1mm/min或以下；

5)根據(jù)試驗峰值強度包線擬合得到內摩擦角φb的大??；

6)忽略水化膨潤土的黏聚力，水化膨潤土的峰值強度按下式估算τb＝σn*tanφb，其中σn為法向壓力。

具體的，上述步驟(2)中，鈉基膨潤土防水毯和土工膜復合襯里的的峰值剪切強度τp與水化膨潤土峰值剪切強度τb的關系為：τp＝n*τb，n取1.4-1.6的常數(shù)。

具體的，上述步驟(3)中，鈉基膨潤土防水毯和土工膜復合襯里的殘余剪切強度τr按線性表達式τr＝cr+σn*tanφb計算，其中σn為法向壓力，取cr＝0，φr＝5°。

不管針刺鈉基膨潤土防水毯+土工膜復合襯里的最終剪切破壞面發(fā)生在gcl內部或者土工膜與gcl接觸界面上，水化膨潤土的殘余剪切強度都代表了復合襯里剪切強度的下限。因此，針刺鈉基膨潤土防水毯+土工膜復合襯里整體殘余剪切強度τr按線性表達式τr＝cr+σn*tanφb計算。水化膨潤土的殘余強度可以采用經(jīng)驗強度估算，取cr＝0，φr＝5°。

具體的，上述的一種鈉基膨潤土防水毯和土工膜復合襯里剪切強度的簡化確定方法，在填埋場坡度小的底坡位置處選用鈉基膨潤土防水毯和土工膜復合襯里的峰值剪切強度，而在坡度較大的斜坡上選用鈉基膨潤土防水毯和土工膜復合襯里的殘余剪切強度。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的強度測定和確定方法簡單易行，對試驗裝置的要求不高，檢測時間短，節(jié)省人力物力；并且復合襯里的剪切強度估算值偏安全，測定的數(shù)據(jù)安全可靠。

附圖說明

圖1為水化鈉基膨潤土剪切示意圖；

圖2為水化鈉基膨潤土的剪切應力位移曲線；

圖3為水化鈉基膨潤土的峰值強度包線；

圖4為針刺膨潤土防水毯+土工膜復合襯里整體剪切峰值強度；

圖5為針刺膨潤土防水毯+土工膜復合襯里整體剪切殘余強度。

具體實施方式

一種針刺鈉基膨潤土防水毯和土工膜復合襯里剪切強度的簡化確定方法，包括下列步驟：

(1)試驗獲得膨潤土防水毯中水化鈉基膨潤土的峰值剪切強度τb

取gcl內部鈉基膨潤土進行水化飽和剪切強度試驗，試驗設備采用土工直剪儀，具體細節(jié)按如下過程操作：

1)將鈉基膨潤土按液限含水率配制土樣；

2)將土樣裝入直剪儀中(如圖1)，考慮到加壓后的固結沉降應適當多填入膨潤土試樣，然后在剪切盒中加水飽和；

3)加壓至試驗壓力后固結2天，或者觀察沉降穩(wěn)定，試驗壓力分別取25、50、100和200kpa；

4)剪切速率控制在0.1mm/min或以下，所得應力位移關系曲線如圖2所示；

5)忽略水化膨潤土的黏聚力，根據(jù)試驗峰值強度包線擬合得到內摩擦角φb的大小，如圖3所示；

6)任意法向壓力下水化膨潤土的峰值剪切強度按下式估算τb＝σn*tanφb，其

中σn為法向壓力。

(2)針刺鈉基膨潤土防水毯+土工膜復合襯里整體剪切峰值強度τp的確定辦法

通過線性關系表達τp＝n*τb的簡化方法來獲取針刺鈉基膨潤土防水毯+土工膜復合襯里整體峰值剪切強度(τp)，n取1.4-1.6的常數(shù)。常數(shù)n的取值與所受法向壓力有關(如圖4)，最保守可取n＝1.4。

(3)針刺鈉基膨潤土防水毯+土工膜復合襯里整體殘余剪切強度τr的確定辦法

水化膨潤土的殘余剪切強度都代表了復合襯里剪切強度的下限，針刺鈉基膨潤土防水毯+土工膜復合襯里整體殘余剪切強度τr按線性表達式τr＝cr+σn*tanφb計算。水化膨潤土的殘余強度可以采用經(jīng)驗強度估算，取cr＝0，φr＝5°(如圖5)。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明公開了一種鈉基膨潤土防水毯和土工膜復合襯里剪切強度的簡化確定方法，涉及環(huán)境巖土技術領域，具體涉及填埋場底部針刺鈉基膨潤土防水毯和土工膜復合襯里的剪切強度確定和邊坡穩(wěn)定性計算；本發(fā)明涉及的針刺鈉基膨潤土防水毯和土工膜復合襯里剪切強度確定方法的特點是：將針刺鈉基膨潤土防水毯和土工膜復合襯里作為一個整體進行抗剪強度的確定；采用鈉基膨潤土的剪切強度定量估算復合襯里的峰值剪切強度和殘余剪切強度。本發(fā)明的方法簡單易行，對試驗裝置的要求不高；復合襯里的剪切強度估算值偏安全。

技術研發(fā)人員：林海;周創(chuàng)兵;姜清輝;范婷婷;章玲玲
受保護的技術使用者：南昌大學
技術研發(fā)日：2017.05.31
技術公布日：2017.09.29