Инженерные преимущества замены природного песка искусственным песком при строительстве свалок

Sep 24, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 6444 (2023) Цитировать эту статью

738 Доступов

Подробности о метриках

Нарушение поступательного скольжения на свалках часто вызвано недостаточной прочностью на сдвиг границ раздела облицовок и покрытий. Геосинтетические глиняные покрытия (GCL) используются на различных компонентах свалок для удержания фильтрата. GCL обычно размещают над уплотненным песчаным земляным полотном для обеспечения более высокого сопротивления сдвигу. В контексте истощения природных ресурсов песка в настоящем исследовании рассматривается возможность замены природного песка искусственным песком (Msand) при строительстве свалок. Испытания на сдвиг на границе раздела были проведены на GCL в контакте с речным песком и Msand аналогичной градации для оценки прочности на сдвиг при различных нормальных напряжениях и условиях гидратации. Установлено, что Msand обеспечивает более высокую прочность на сдвиг на границе раздела с GCL по сравнению с речным песком. Анализ цифровых изображений испытанных образцов GCL показал, что изменение морфологии частиц двух песков оказывает прямое влияние на механизмы взаимодействия на микроуровне, определяющие прочность на сдвиг. Количественная оценка морфологических параметров показала, что частицы Msand имеют угловатую форму и шероховатость по сравнению с частицами природного песка, что приводит к более сильному сцеплению частиц. Гидратация GCL снижает прочность границы раздела при сдвиге, причем в случае Msand эффект оказывается меньшим. В исследовании подчеркивается, что замена природного песка на Msand дает дополнительные преимущества.

Геосинтетические глиняные вкладыши (GCL) представляют собой полимерные геокомпозиты, которые используются для удержания вредных для окружающей среды элементов, таких как фильтраты, на спроектированных свалках, чтобы предотвратить их попадание в землю и, в конечном итоге, загрязнение грунтовых вод. GCL состоят из бентонитовой глины в сочетании с полимерными материалами, такими как геомембраны и геотекстиль. Бентонит либо приклеивается к геомембране, либо инкапсулируется между двумя геотекстилями, которые перфорированы иглой или скреплены стежками. GCL являются идеальной заменой традиционным футеровкам из уплотненной глины (CCL) благодаря их эффективным гидравлическим свойствам, способности к самовосстановлению, экономической эффективности и преимуществам простоты установки1,2,3. GCL имеют ряд преимуществ перед CCL с точки зрения обеспечения качества, уменьшенной толщины слоев, устойчивости к замерзанию и оттаиванию, легкой доступности и повышенной скорости строительства4,5. GCL с тканым или нетканым геотекстилем обычно используются для создания границ раздела с другими геосинтетиками и материалом земляного полотна. Размещение ГКЛ в хвостовиках и системах покрытия показано на рис. 1, где ГКЛ контактируют с пластами песка в различных местах. Неоднородность покрытия и покрытия свалок приводит к разрушению при нормальных напряжениях и напряжениях сдвига, вызванных сбросом отходов и другими особыми условиями, такими как землетрясения. Основной причиной разрушения хвостовиков с ГКЛ является нарушение поступательного скольжения из-за недостаточной прочности на сдвиг на границе раздела ГКЛ-песок, причем вероятность этого выше в случае наклонных грунтов. Точная оценка прочности на сдвиг на границе раздела GCL необходима для контроля скольжения и других механических нестабильностей на свалках.

Принципиальная схема проектируемой свалки.

Литература по различным тестам на границе раздела, выполненным с использованием обычного бокса прямого сдвига, показывает, что развитие трения и адгезии между взаимодействующими слоями определяется несколькими взаимодействиями на микроуровне6,7,8,9. Развитие технологий облегчило исследование механизма взаимодействия, который влияет на сдвиговое поведение интерфейсов на микроуровне. Исследователи изучили влияние размера и формы частиц песка на поведение поверхности раздела с различными типами армирования. Размер зерен песка в сочетании с характеристиками шероховатости арматуры контролирует прочность интерфейса на сдвиг10,11,12,13. Во время работы на свалке ГКЛ гидратируются из-за воздействия фильтрата или проникающих осадков, вызывая набухание инкапсулированного слоя бентонита. Набухание бентонита может значительно снизить прочность интерфейса на сдвиг. Экструзия и боковое набухание бентонита зависят от текстуры поверхности GCL14,15,16.