膨润土防渗毯的力学试验-开题报告.ppt

开题报告膨润土防渗毯的力学试验,专业： 水工结构 导师: 李平 教授 汇报人：于海龙,一 研究目的与意义 二 研究现状 三 研究内容 四 研究方法 五 试验创新点,报告的内容,一、研究目的与意义,膨润土防水毯（Geosynthetic Clay Liner , 简称GCL）作为新型天然环保材料， GCL除了渗透率低的优点外，还具有单位面积质量小、抗不均匀沉降以及施工方便、安装成本低等优势，应用前景广阔，目前许多工程中已经开始大量应用。 GCL是由上下两层土工布中间加上天然钠基膨润土，经过针织加固而制成，因此其力学性质主要是依由护材料决定。,防渗毯在使用环境中，会受到阳光、风/离子侵泡等作用，影响其防渗效果；冻融循环也会增加防渗毯的老化速度，对其力学性能有很明显的影响；对于最大负荷下的伸长率这一指标,当最大负荷下的伸长率过低时,若实际使用过程中发生了不均匀沉降,塑料扁丝面和PE面会发生断裂,使膨润土流失,造成防水性能减弱,甚至会完全破坏防水层。因此,对膨润土防水毯的最大负荷下的伸长率性能也有一定的要求。综上所述GCL力学性能要满足抗拉强度和抗顶破强度；影响其力学性能的因素主要有以下几点：,（1）紫外线照射及风化作用； （2）使用环境中温度变化（冻融循环）； （3）溶液侵泡和干湿循环； 关于以上因素对GCL力学性能的影响，目前还没有研究成果报道。 针对以上因素，对GCL力学性质变化特征进行研究，进而得出对GCL力学性质影响较大的因素，使GCL在使用过程中更好的做到防渗作用。,二、研究现状,由于GCL中的膨润土不具备抗拉强度，因此GCL的力学性能主要由包裹膨润土的土工膜或土工织物决定。目前我国测试单位多依据美国ASTM标准对GCL进行检测。李宪综合了我国现有标准和工程实际经验测试方法，以及参考借鉴国外的一些工程，对GCL抗拉强度进行过测试。GCL的抗拉强度主要是由GCL产品中所选用的上下层的土工织物（或土工膜）的特性决定的。,国外一些科学家已经对GCL的力学性质进行了部分研究，但由于对外护材料影响因素的试验周期长，关于GCL力学性质的研究仅限于原状毯的力学试验。 Stark等采用扭转环剪切仪对GCL的无纺土工织物构成的接触面进行剪切试验研究。结果表明，由于无纺土工织物的纤维在剪切过程中被拉出并同剪应力方向一致，造成峰值强度之后剪切强度的损失，残余强度约为峰值强度的40%50%。,Mc Cartney等对GCL试样进行剪切试验，研究了GCL在不同剪切速率（从0.0015到1.0 mm/min）和不同正应力（从50到520 kPa）下的剪切性能。 Patrick等通过大型直剪仪对3种GCL（针刺、缝合和粘合）内部的剪切强度进行了试验。正应力对针刺GCL的剪切强度影响明显大于对粘合和缝合GCL的影响，随着正应力的增大，针刺GCL的剪切强度有明显的增大，而粘合或缝合GCL的剪切强度增加得比较小。,国内对GCL力学性质几乎没有相关试验报道，仅有2007年陈小红研究生毕业论文中对GCL剪切力学性质进行了试验分析，着重分析了GCL的摩擦效果对剪切力的影响。 另外，2005年彭涛等针对冻融循环对GCL的防水性能进行了试验研究，却未对在冻融循环下GCL的力学性质进行试验研究。,三、研究内容,1、不同影响因素作用 1） 在自然环境的各种因素中，太阳光的辐射起着最重要的影响，阳光中的紫外线具有很大的能量，能够切断许多聚合物的分子链，或引起氧化反应。 2）用模拟黄河水离子成分的溶液浸泡，放入冻融循环机。试验分别冻融10、20、30和40次，冻融循环结束后取出防渗毯进行试验，分析其抗冻融能力。 3）膨润土遇水膨胀失水恢复，在胀缩过程中对外护材料结构有所改变。,2、不同力学性能测试 1）抗拉强度 防渗毯的抗拉强度在拉力机上拉伸至断裂的过程中，重要是单位宽度所承受的最大拉力，根据最大拉力可求的抗拉强度： 2）顶破试验 为模仿在使用过程中防渗毯铺设地的不平整，可能会发生顶破破坏，所以在试验机模拟顶破试验来测定防渗毯抗顶破能力（CBR顶破试验）。,四、研究方法,1、材料准备 1）从野外取回使用1、4、7年的GCL，置于室内，令其在自然环境下干燥。待其彻底干燥后进行试验，试验每个处理做5个重复。分析紫外线、风化等自然环境对其力学性质的影响。 2）将GCL预先剪成标准试验块200 x100 和直径为230mm的式样，用模拟黄河水离子成分的溶液浸泡24天。 3）将GCL预先剪成标准试验块200 x100 和直径为230mm ，放入配好的溶液中，待其饱和后取出烘干,试验选择四种不同厂家生产的防渗毯（制作材料和工艺不同）作为试验材料，根据以上GCL力学影响因素和使用过程中主要受力，试验处理分为： （1）冻融循环10天，GCL的抗拉强度和抗顶破强度； （2）冻融循环20天，GCL的抗拉强度和抗顶破强度； （3）冻融循环30天，GCL的抗拉强度和抗顶破强度； （4）冻融循环40天，GCL的抗拉强度和抗顶破强度；,（5）取野外使用过一段时间裸露的GCL，测试紫外线和风化作用下，GCL的抗拉强度和抗顶破强度； （6）干湿循环10次，GCL的抗拉强度和抗顶破强度； （7）干湿循环20次，GCL的抗拉强度和抗顶破强度； （8）干湿循环30次，GCL的抗拉强度和抗顶破强度；,上图为GCL结构示意图。材料结构为两层土工织物之间加封颗粒状的膨润土，并通过针刺的方式与两层土工织物连接。,2、试验方案 1） 抗拉强度 由于防渗毯是由两侧土工织物中间针刺技术夹有膨润土制成，所以防渗毯属于柔性材料，在受力过程中厚度是变化的，而厚度的变化又不能精确的测量出来，故织物的应力是以与受拉方向垂直织物单位长度上承受的力来表示单位为KN/m。 式样长度为200mm(上下夹具间为200mm)，式样的受力面为200 x100。防渗毯的抗拉强度在拉力机上拉伸至断裂的过程中，重要是单位宽度所承受的最大拉力，根据最大拉力可求的抗拉强度：,B为式样的初始宽度。 同时得到最大伸长率可求出伸长率： 拉伸强度按照GB/T 15788进行，拉伸速度为300mm/min。 最大负荷下伸长率按照GB/T 15788进行，拉伸速度为300mm/min。,2）顶破试验 为模仿在使用过程中防渗毯铺设地的不平整，可能会发生顶破破坏，所以在试验机模拟顶破试验来测定防渗毯抗顶破能力，CBR顶破试验。 将直径为230mm的式样在自然膨胀状态下固定在内径为150mm的CBR仪圆筒顶部过环形夹具中，然后用直径为50mm的标准圆柱活塞以60mm/min的速度顶推织物，直至式样顶破为止，记录的最大荷载即为CBR顶破强度，单位N。,将GCL剪成标准试块,放入溶液中侵泡 进行冻融循环,野外取回的GCL， 进行抗拉强度和顶破试验,得出试验数据：最大拉应力、 最大拉应变、对打顶破强度,进行抗拉强度和顶破试验,循环完成，令其自然干燥,令其自然干燥,放入溶液中侵泡 进行干湿循环,五、试验创新点,1、我们有已经铺设使用过一段时间的GCL，可以把使用环境、使用时间对GCL力学性能的影响作为研究方向。 2、在不同环境中使用过的GCL，比如在水中侵泡、紫外线照射、冻融等作用下,GCL力学性能的变化。 3、可以对几种GCL进行力学试验研究，对比出GCL应用材料对其力学性能的影响。,请各位老师和同学给予宝贵意见和建议,谢 谢！,