埋立地建設において天然砂を人工砂に置き換えることによる工学的利点

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6444 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

埋め立て地における並進滑り破壊は、多くの場合、ライナーとカバーの界面のせん断強度が不十分であることが原因で発生します。 ジオ合成粘土ライナー (GCL) は、浸出水を封じ込めるために埋め立て地のさまざまなコンポーネントで使用されます。 GCL は通常、より高いせん断抵抗を実現するために、圧縮された砂の路床の上に配置されます。 天然砂資源の枯渇という状況において、本研究では埋立地建設において天然砂を人工砂（Msand）に置き換えることの実現可能性を調査する。 界面せん断試験は、異なる垂直応力および水和条件でのせん断強度を評価するために、川砂および同様のグラデーションの M 砂と接触した GCL に対して実行されました。 Msand は川砂と比較して GCL との界面せん断強度が高いことがわかります。 GCL の試験片のデジタル画像解析により、2 つの砂の粒子形態の変化が、せん断強度を支配するミクロレベルの相互作用メカニズムに直接影響を与えていることが示されました。 形態学的パラメータの定量化により、Msand 粒子は天然の砂粒子と比較して角があり粗いため、より高度に粒子が絡み合っていることがわかりました。 GCL の水和により界面せん断強度が低下しますが、Msand の場合はその影響は小さくなります。 この研究では、天然砂をMsandに置き換えることでさらなる利点が得られることが強調されています。

ジオ合成粘土ライナー (GCL) は、人工埋立地の浸出水などの環境に有害な元素を含有し、それらが地面に侵入して最終的には地下水が汚染されるのを防ぐために使用されるポリマージオコンポジットです。 GCL は、ジオメンブレンやジオテキスタイルなどのポリマー材料と組み合わせたベントナイト粘土で構成されています。 ベントナイトはジオメンブレンに接着されるか、ニードルパンチまたはステッチボンドされた 2 つのジオテキスタイルの間にカプセル化されます。 GCL は、効果的な水硬特性、自己修復能力、費用対効果、および簡単な設置の利点により、従来の圧縮粘土ライナー (CCL) の理想的な代替品です 1、2、3。 GCL には、品質保証、層の厚さの低減、凍結および解凍に対する耐久性、アクセスの容易さ、建設速度の向上の点で、CCL に比べていくつかの利点があります4,5。 織布または不織布ジオテキスタイルを備えた GCL は、他のジオシンセティックスや路盤材料との界面を形成するために一般的に使用されます。 ライナーおよびカバーシステムにおける GCL の配置は図 1 に示されており、GCL はさまざまな場所で砂層と接触しています。 埋め立て地のライニングとカバーの不均一性は、通常の応力や廃棄物投棄や地震などの特殊な条件によって加えられるせん断応力の下で破損を引き起こします。 GCL を備えたライナーの破損の主な原因は、GCL と砂の界面での不十分なせん断強度による並進滑り破損であり、傾斜地ではその可能性が高くなります。 埋め立て地の滑りやその他の機械的不安定性を制御するには、GCL の界面せん断強度を正確に評価する必要があります。

人工埋立地の概略図。

従来の直接せん断ボックスを使用して実行されたさまざまな界面テストに関する文献では、相互作用する層間の摩擦と接着の発達がいくつかのミクロレベルの相互作用によって支配されることが明らかにされています6、7、8、9。 技術の進歩により、界面のせん断挙動に影響を与える相互作用メカニズムのミクロレベルでの研究が容易になりました。 研究者らは、砂粒子のサイズと形状が、さまざまな種類の補強材との界面の挙動に及ぼす影響を調査しました。 砂粒子のサイズと鉄筋の粗さ特性が界面せん断強度を制御します10、11、12、13。 埋め立て地での機能中に、GCL は浸出液または浸透沈殿物にさらされることにより水和し、カプセル化されたベントナイト層の膨張を引き起こします。 ベントナイトが膨潤すると、界面せん断強度が大幅に低下する可能性があります。 ベントナイトの押し出しと横方向の膨潤は、GCL の表面組織に依存します14、15、16。