HDPE土工膜和 GCL 防渗结构缺陷

随着防渗技术的发展，国内外废水池或蒸发池常采用HDPE土工膜防渗技术，即HDPE土工膜或HDPE土工膜

膜和其他土工合成材料用作防渗层，用于防渗。因此，防渗结构的性能研究对于废水池或污水的控制非常重要。

蒸发池的防渗意义重大。传统防渗结构的止水层常采用高密度聚乙烯（High Density Polyethylene

烯（简称HDPE）HDPE土工膜，具有耐久性好、渗透率低等优点。土工合成膨润土垫（Geosyn‐

thetic Clay Liner（简称GCL）也是一种常用的阻隔材料，主要优点是透水性小，可以提高

在渗透系数高的前提下，能承受较强的可塑性，常被用作HDPE土工膜的底衬[1]

。 GCL具有很强的自愈能力

力量 [2-3]

，当GCL出现细小的刺穿或缺陷时，GCL中的钠基膨润土可以有效地自闭合[4]

，从而

样品破坏后的水力传导率不会发生明显变化。即使缺陷直径达到30mm，GCL中的膨润土仍

缺陷也在很短的时间内（15天）得到完全修复

[5]

。 GCL也能承受

地面沉降和拉裂引起的变形破坏［6-7］

。然而，GCL 在完全水合之前往往会导水，并且内置

膨润土可以与溶液进行离子交换，从而导致更高的渗透性[5]

。

制造和施工过程中的缺陷是HDPEHDPE土工膜渗漏的主要原因，其中施工损坏约占97%[8]

。

影响复合HDPE土工膜防渗层渗漏的因素很多，主要是[9-10]

：（1）HDPE土工膜的类型和厚度； (2)HDPE土工膜缺陷孔洞

直径的大小和形状； (3)HDPE土工膜上的覆盖层； (4)HDPE土工膜底衬的性质； (5)HDPE土工膜与底衬的接触情况

(6)HDPE土工膜上的压头大小。

目前，国内外HDPE土工膜缺陷渗漏研究常用的方法有室内试验法、理论计算法、数值模拟法和

田野观察等刘凤如等。 [9]

利用自行设计的复合HDPE土工膜渗漏试验装置，对缺陷渗漏情况和加载水头进行研究。

与缺陷孔径的关系。韦伯和佐恩伯格[10]

通过实验测试方法，对高水头条件下的缺陷HDPE进行定量测试

根据HDPE土工膜的渗漏情况，发现HDPE+GCL防渗结构可以有效减少HDPE土工膜的缺陷渗漏。赛迪等人[11]

数值模数

对复合HDPE土工膜中相邻两个方形缺陷的渗漏进行了模拟。

为了对比分析HDPE土工膜下铺设GCL的效果，试验中设置了HDPE土工膜和HDPE土工膜+GCL两种防渗结构。在

HDPE土工膜为1.5毫米厚的HDPE膜。为了分析 GCL 水合的影响，GCL

水合和非水合工况如表1所示。受试验时间限制，试验中GCL水合条件为将GCL放置在设计位置

静置后，加水使GCL饱和，待GCL完全饱和后等待24h。铺设GCL时，一般需要铺设上部

给定厚度的土压力。废液蒸发池HDPE土工膜+GCL防渗结构中，一般采用GCL作为HDPE土工膜的底衬[1]

，地球

在薄膜的上面铺设一定厚度的保护层。本次试验的主要目的是研究防渗结构的渗漏特性，以避免保护层渗漏

试验时，HDPE土工膜上方不设置保护层，而是直接施加规定的水头。

为了模拟各种情况下缺陷的泄漏值，本次测试考虑了2.8毫米、5毫米和10毫米三种缺陷孔径。

为了比较和研究不同条件引起的缺陷孔径对防渗结构性能的影响。以及水合和非水合条件

GCL还分别设置了开放和不开放两种情况（见表1）。 GCL 开口代表HDPE土工膜和 GCL 中的缺陷。不

开口意味着只有HDPE土工膜有缺陷，而GCL完好无损，相当于单块GCL发挥了防渗的主要作用。这种情况主要用于

分析了单一GCL作为主要防渗条件下GCL水化对渗流速率的影响，从而表明了水化的作用。中HDPE土工膜+GCL

在防渗结构的实际施工和运行中，GCL与HDPE土工膜缺陷位置重叠的情况比较少见，它受到底层垫层、施工的影响。

受偶然因素的影响，GCL和HDPE土工膜往往会受到不利因素的影响，存在各自的缺陷。实际使用中

很难确定GCL和HDPE土工膜缺陷位置的距离分布，并且由于测试仪器直径的限制也很难模拟室内测试

两个缺陷位置之间的距离。因此，在试验过程中，针对HDPE土工膜和GCL共同存在缺陷的工况，采用两者的缺陷。

在位置重叠的情况下，这种情况下的缺陷泄漏量会大于非重叠缺陷位置的缺陷泄漏量，可以将其视为泄漏量的上限。