HDPE土工膜+GCL防渗结构

GCL水化作用 GCL是将膨润土包裹在土工布中形成的防水材料，其防渗主要是由于膨润土的接触。

遇水膨胀水泥形成防水层。考虑HDPE土工膜+GCL防渗结构在仅有HDPE土工膜缺陷的情况下，2.8mm和5.0mm缺陷孔

只有当水头超过一定高度时才会发生渗漏（图4（a）），因此为了便于比较，选取10.0 mm缺陷孔径进行分析

研究了泄漏对 GCL 水合的影响。图6为HDPE土工膜+GCL防渗结构在GCL不同水化条件下的渗漏情况，从中我们可以

可以看出，10.0 mm缺陷孔径条件下水化条件的效果受缺陷形态和水头的影响。

图6(a)表明，当只有HDPE土工膜有缺陷时，GCL的水化条件对低水头条件下的渗流影响很小，

但随着水头继续增大，当水头超过1 m时，未水合条件下GCL的渗漏量开始大于水合条件下的渗漏量

量，且两者之间的差距随着水头的增加而增大，最大比例可达7倍。这是因为在低水头条件下，渗漏

泄漏水流速缓慢，在渗漏过程中被未水化GCL吸附。在高水头的情况下，虽然没有水，但渗流速度较快

氧化GCL会吸收部分渗水，但仍有很大一部分会渗出。当 GCL 水合时，其膨润土会与渗透系统胶结

数量减少，可有效拦截因HDPE土工膜缺陷引起的渗漏。图6（a）中GCL的水合作用可以显着减少泄漏，这也是

这间接表明本试验方案中的GCL已经水合到一定程度，表现出良好的防渗效果。水头影响分析在HDPE土工膜防渗条件下，对比不同缺陷孔径条件下渗漏量与水头的关系如图3

可以看出：（1）在0.5 m水头条件下，5.0 mm和10.0 mm缺陷孔直径的渗漏量相近，但大于2.8 mm缺陷孔直径的渗漏量

的10倍，说明低水头条件下的渗漏主要取决于缺陷孔径，而水头的影响相对较小。 (2)相同缺陷

孔径的泄漏基本上与所施加的水头压力成正比，并且该比率随着缺陷孔径的增大而增大。缺失 2.8 毫米

在疏水阀孔径处，泄漏与水头压力之比为 0.63 ml/s.m，在缺陷孔径为 10.0 mm 时，泄漏与水头压力之比增加到 5.00 ml/s.m，约为

8 倍改进。

在HDPE土工膜+GCL防渗结构中，对比图4（a）中只有HDPE土工膜缺陷情况下的渗漏量与水头的关系，可以看出：

(1) 0.5 m水头条件下，不同缺陷孔直径的渗漏量基本相似，1.0 m水头条件下，2.8 mm和5.0 mm缺陷孔的渗漏量

泄漏量相似，而缺陷孔径为 10.0 mm 时泄漏量大幅增加。这也说明低水头条件下的渗流速度主要取决于

缺陷孔径受水头的影响相对较小。 (2)水头超过1.0 m后，3个缺陷孔径的渗流明显增大，

但三者的渗漏量随水头增加的趋势是相同的，都是非线性的，且缺陷孔径为5.0 mm和10.0 mm的渗漏量

靠近。这表明，在高水头条件下，初始渗漏量大幅增加，但由于HDPE土工膜缺陷下的渗漏，渗漏量很快趋于平稳。

这是GCL完好情况下的渗流屏障效应造成的，这也说明水头对渗漏的影响比较小。

对比HDPE土工膜和GCL均存在缺陷情况下渗漏率与水头的关系如图4(b)所示，可以看出渗漏率受水头的影响

影响比较大，基本呈线性变化。

从图4不同缺陷形式下HDPE土工膜+GCL防渗结构的渗流量可以看出，防渗水头

泄漏的影响主要取决于缺陷的形式。如果只有HDPE土工膜有缺陷，由于GCL的防渗作用，水头条件对渗漏的影响相对较小。如果HDPE土工膜和GCL都存在缺陷，则水头状况影响较大。

（1）在相同缺陷和水头试验条件下，与HDPE土工膜防渗层相比，HDPE土工膜+GCL防渗结构可显着减少渗漏

数量。仅HDPE土工膜缺陷情况下，HDPE土工膜+GCL防渗结构渗漏率不超过13.3%，水头不超过1m

在2.8mm和5.0mm缺陷孔的条件下几乎没有泄漏。当HDPE土工膜和GCL均存在缺陷时，5.0mm和

10.0mm缺陷孔径的泄漏率基本在10%左右，2.8mm缺陷孔径的泄漏率最高，为41.9%。

(2)HDPE土工膜+GCL防渗结构中，HDPE土工膜和GCL均存在缺陷的情况下，低水头条件下GCL水化的渗流率

渗漏率略大于未水化的GCL，但两者差异随着水头的增加而减小；

渗水量与未水化状态基本相同。但当只有HDPE土工膜缺陷且水头不超过1.0m时，GCL水化是否影响

不多;随着水头高于 1.0 m，GCL 水合作用对减少泄漏的影响会增加，最多可减少约 6 倍。

(3)防渗结构的渗漏量会随着水头的增大而增大，但具体渗漏量与水头的关系受防渗结构类型的影响

以及缺陷条件的影响。HDPE土工膜防渗层缺陷情况下，渗漏率与水头基本呈线性关系，而HDPE土工膜+GCL防渗

结构呈“S”型关系，说明HDPE土工膜+GCL防渗结构在高水头条件下防渗性能更加突出。

（4）根据检测结果，在废液储存等对渗漏控制有严格要求的防渗系统设计中，选用HDPE土工膜+GCL

防渗结构的防渗效果更加显着。虽然水合 GCL 的渗漏明显降低，但水合 GCL 胶结且软

在施工过程中，很容易因施工过程中受力不均匀等外界因素而产生裂缝等缺陷，从而破坏水化GCL。

因此，现场施工时是否水合GCL应结合实际施工和运营情况慎重选择。