复合衬垫系统防止地下水造成污染

为了防止填埋场中的渗滤液对地下水造成污染，目前填埋场主要采用复合衬垫系统进行防渗。虽然包含有土工膜和黏土层的复合衬垫系统能将垃圾和渗滤液与周围环境有效隔离，起到较好的防渗作用，但由于土工膜和黏土之间界面剪切强度较低，很容易沿该界面产生滑移及剪切破坏，最终导致填埋场发生失稳破坏，对周边环境造成灾难性破坏[1]。如，1988 年美国 Kettleman Hills 填埋场沿底部衬垫系统第 2 层的 HDPE 土工膜-黏土界面发生整体滑动，水平位移达到 10.67 m，填埋场表面裂缝非常明显，修复工作大费周折[2]。尽管糙面土工膜与黏土之间的摩擦性能较好，但由于受到加工工艺的限制，其断裂强度明显低于同等规模的光面土工膜，很容易在漫长的填埋过程中拉裂受损，严重影响填埋场的正常使用，因而糙面土工膜主要用于填埋场封顶的防渗，而不用于场地衬垫中。国内外学者对 HDPE 土工膜与黏土的界面直剪试验进行了大量的研究。Hoe 等[3]在传统变形控制直剪仪的基础上研制了 100 mm×100 mm 的直剪仪，用以测量 PVC 土工膜与压实黏土界面的摩擦特性，探讨了剪切位移与峰值强度之间的关系。Izgin等[4]运用 300 mm×300 mm 的大型直剪仪，分别对HDPE 土工膜-砂土界面和 HDPE 土工膜-土工织物界面进行直剪试验，讨论了正应力对界面摩擦强度的影响。Kruse 等[5]对 100 mm×100 mm 和 300 mm×300 mm 两种尺寸土工膜进行界面剪切试验，比较了光面 HDPE 土工膜和毛面 HDPE 土工膜界面摩擦特性的差别。丁建明等[6]使用 TZY－1 型土工合成材料综合测定仪（100 mm×100 mm 剪切盒）对土工合成材料与黏土界面进行直剪试验研究，分析了法向应力、含水率等因素对界面摩擦特性的影响。这些研究只是利用现有材料来分析影响界面摩擦特性的各种因素，而没有从提高材料摩擦特性的角度研究。
本文结合张孟喜等[7－11]提出的立体加筋概念，提出了一种新的土工膜加肋方法——加肋土工膜，它是在传统光面土工膜的基础上设置条状或块状土工膜，如图 1(a)、(b)所示；或在传统光面土工膜的基础上布置三角形、台阶形、半球形、环形、柱形、锥形、圆台、棱台等不同几何形状的立体加肋，典型的加肋形式见图 1(c)、(d)。进行了大量的大型直剪试验，得到了加肋土工膜与砂土之间的剪应力与剪切位移关系及强度特性，并在此基础上，对加肋土工膜-砂土之间的剪切机制进行了分析。