基本信息
- 项目名称：
- 砂土基复合防渗层抗渗性研究报告
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 针对宁夏水资源短缺，土壤透水性大，工程防渗现状和经济欠发达等问题，提出《砂土基复合防渗层抗渗性研究》，以砂土作为基料，膨润土与黏性土复合作为防渗剂形成砂土基复合防渗层，研究得出防渗层的最优配合比，起始水力梯度与渗透系数的关系模型，防渗层构造和厚度设计计算方法，以及施工工艺等。该防渗层防渗性好，能自修复，适应地基变形能力大，无污染，可以就地取材，造价低廉。研究成果对宁夏工程防渗节水具有重要意义。
- 详细介绍：
- 宁夏干旱少雨，水资源短缺，灌渠纵横，湖泊湿地星罗棋布，窖井万眼，而透水性大的砂土又广泛分布，众多的输水和储水建筑物防渗成了水利工程建设的突出问题。为此我们结合宁夏土壤特点和工程防渗现状，探索以砂土为基本材料，掺入膨润土用于工程防渗，研究发现膨润土能显著地提高砂土抗渗性，但同时也发现单掺膨润土对砂土抗渗性的改善是有限的，且当水力梯度较大时，有可能发生管涌、潜蚀等形式的渗透破坏。针对单掺膨润土存在的问题，将膨润土与黏性土复合，以膨润土掺量、粘砂比、含水率为因素，设计正交试验方案试验研究了膨润土与黏性土复合对砂土抗渗性的作用效应，分析作用机理，得出以下结论： ⑴膨润土与黏性土复合能有效地改善砂土的抗渗性，其效果明显优于膨润土单掺，在膨润土掺量相同的条件下，砂土试样的渗透系数降幅由数百倍到数万倍。 ⑵考虑抗渗性和经济性的最优组合方案为膨润土掺量6%，粘砂比30%，含水量6%。各因素对渗透系数影响的主次顺序为膨润土掺量、含水量、粘砂比。 ⑶渗透系数随干密度的增大基本趋势是减小的，但二者并非一一对应关系，在低密度区，二者关系离散性很大；在高密度区离散性较小，且渗透系数对干密度不敏感。 ⑷起始水力梯度随渗透系数的减小而增大，呈线性关系ib=12.4-1.77k，且线性相关性很好，R2=0.9926。 ⑸在分析研究的基础上提出了防渗层构造和厚度设计计算方法，以及施工工艺等。 砂土基复合防渗层具有防渗性好，能自修复，适应地基变形能力大，无污染，可以就地取材，造价低廉等优点。可见砂土基复合防渗层的研究具有重要的现实意义、社会意义、经济意义和理论价值。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 以广布的砂土为基料，研究膨润土掺量对砂土、黏性土、黄土抗渗性作用规律。膨润土能显著提高砂土抗渗性，但单掺膨润土对砂土抗渗性改善是有限的。对此，用黏性土改善砂土基防渗层的渗透稳定性和抗渗性，设计正交试验研究膨润土与黏性土复合对砂土抗渗性的作用规律，分析作用机理，得出最优配合比, 起始水力梯度与渗透系数的关系，考虑抗渗性和经济性，确定合理膨润土掺量,在此之上提出防渗层构造和厚度设计计算方法及施工工艺等
科学性、先进性及独特之处
- ⑴以当地土壤，透水性大的砂土为防渗层基本材料，就地取材，显著降低工程造价。 ⑵用低廉的当地粘性土改善砂土基防渗层的渗透稳定性和抗渗性。 ⑶研究针对性强，有鲜明的地域特色，能很好的适应宁夏工程防渗的需求，尤其砂土广布的地区。 ⑷较其它防水措施相比，抗渗性能更稳定，材料更加环保，性价比更高。 ⑸此防渗层的防渗效果好，达到0.61×10-9m/s，远优于常规措施(10-7m/s)。
应用价值和现实意义
- 砂土基复合防渗层与传统及高分子防水材料相比，在材料和施工方法上具有抗渗性好，能适应不均匀沉降，自我修复性能好，防渗性能持久稳定，施工简便、工期短，绿色环保无污染等特点。 此研究区域特色强，广泛适用于干旱缺水、砂土广布的西部地区，能显著改善宁夏乃至我国西部地区的防渗节水效果，为节约水资源和西部大开发战略的实施贡献力量。
学术论文摘要
- 以宁夏广泛分布的粘性土、黄土、砂土为研究对象，试验研究了膨润土的掺入量对三种土样压实干密度和渗透系数的作用效应，并将膨润土与粘性土复合，以膨润土掺量、粘砂比、含水率为因素，设计正交试验方案，试验研究了膨润土与粘土复合对砂土抗渗性的作用效应，揭示了作用机理和作用规律，为膨润土直接与土壤拌和应用于防水工程提供了理论依据。试验表明：膨润土能明显降低土壤的渗透性，对砂土抗渗性能的改善作用尤为明显。膨润土掺配比存在一个最优值，当膨润土掺量小于最优值时作用效应显著，超过最优值后作用效应增幅很小。对于砂土，膨润土的最优掺配比为8%，黄土和粘土的最优掺配量在6%左右。单掺膨润土对砂土防渗性的改善是有限的，且当水力梯度较大时，有可能发生管涌、潜蚀等形式的渗透破坏，膨润土与粘性土复合能显著地降低砂土的渗透性，其效果明显优于膨润土单掺；各因素对砂土渗透性影响的主次顺序为膨润土掺量、含水率、粘砂比，最优组合方案为膨润土掺量6%，粘砂比30%，含水量6%；提出较优组合方案下，3m左右水深时建议的防渗层厚度为250mm。
获奖情况
- ⑴崔自治,彭博,崔永成等.膨润土改善土壤抗渗性试验研究[J].节水灌溉,2010,0(11):48-50 ⑵崔自治,张群等.膨润土与粘性土复合改善砂土抗渗性研究[J].节水灌溉,2010,0(12):60-63 ⑶崔自治,张群,王晓芸,崔永成.盐对膨润土-砂土复合防渗层抗渗性影响研究[J].节水灌溉,2011,(5):9-11 ⑷王晓芸,崔自治,张群,崔永成.盐对砂土基复合防渗层的抗渗性影响研究,审稿中 ⑸获得宁夏大学第七届“挑战杯”大学生课外学术作品竞赛一等奖。
鉴定结果
- 以上信息真实可靠！
参考文献
- ⑴ ⑵
同类课题研究水平概述
- 膨润土在防水工程的应用研究还处于初级阶段。工程上利用膨润土做防水是目前防水的一种途径，至今人们仍在不断地探索膨润土防水的作用机理。膨润土防水性能研究，仍然是当前和未来一段时期研究的热点，主要集中在膨润土的细度、掺配比对防水性能的影响和微观机理研究。 膨润土和粘土复合能有效改善膨润土混合材料的防渗稳定性。 膨润土的研究利用面广阔，但是其在工程防水方面的研究较少，国内研究以膨润土单掺防水为多，防水性能受限、不成熟。砂土基复合防渗层抗渗性的研究是一个崭新的课题。 目前，我国膨润土大量应用于铸造型砂粘结剂、快干涂料、钻井泥浆、食油脱色脱脂、污水处理等领域。因为其独特的性能优势，国外对于膨润土在防渗工程方面有了一些较为成熟应用研究。我国水利部2004年引进国际先进水利科技学术项目(948项目)时将此项技术引进到中国，以膨润土防渗毯的形势应用于工程中，例如垃圾场填埋、地下室、河道、堤坝等防渗领域。这种产品在国外运用在河道、堤坝等防渗方面，已经取得较为成功的经验，国内由于生产技术、工程造价、环境效益等方面的缺陷，在水利领域的应用还比较少，致使此项技术目前未得到大面积推广。膨润土的工程应用还需另辟蹊径，结合我国实际情况，自主研发更有效的实用技术。周健等人对膨润土改性天然粘土渗透性的试验研究，分析了膨润土掺入量和干密度对粘土渗透性的影响，研究认为掺入膨润土可以进一步降低土体的渗透性，压实干密度是影响土样渗透性的最重要因素[4]。但初始含水量对试样压实效应的影响，报道不多。 作品指导老师对土壤有多年研究经验，对膨润土的性能也做过多方面的研究。通过大量文献资料的查阅和项目研究，获得了许多重要的成果。
