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

Sep 24, 2023

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。

多くの建設活動のための天然砂の採取は、河川や海洋の生態系、地下水面の変動、土砂の供給量の減少に重大な影響を与えます。 天然砂は、良好な界面せん断強度を得るために GCL と組み合わせて使用​​するのに適した路床材料と考えられていますが、天然砂が入手できないため、研究者は代替路床材料を調査する必要があります。 適切な代替品は、環境への悪影響を軽減し、より持続可能で経済的な解決策を提供するものでなければなりません。 人工砂（通称エムサンド）は、石を粉砕して砂サイズの粒子を生成した人工砂です。 いくつかの研究では、コンクリートの製造において川砂の代わりに Msand を使用することの強度特性と有効性が調査されています。 文献によると、Msand 粒子の好ましい表面特性により、Msand は川砂よりもセメント質マトリックスの結合が良好であることが示唆されています 17、18、19。 コンクリート製造以外の用途での Msand の使用を検討した研究は限られています。

本研究は、埋め立て地のライナーに使用される優れたGCL-Msand界面を提供するために、川砂の適切な代替品としてMsandを利用する実現可能性に貢献する。 このことは、GCL-川砂界面とGCL-Msand界面の両方での比較界面せん断試験とせん断強度パラメータの計算を通じて明らかになりました。 さらに、GCL 水和がせん断強度パラメーターに及ぼす影響は、路床材料が完全に飽和した状態で理解されます。 この結果は、粒子の形状とテストされた GCL 表面のミクロレベルの変化に関する画像ベースの研究によって裏付けられています。 粒子の形状やサイズなどの砂の形態学的パラメーターは、ミクロレベルの相互作用、ひいては界面のせん断強度に大きな影響を与えます。 角張った砂粒や球形のガラスビーズと接触するポリマー表面について以前の研究者によって行われた研究では、粒子形状の変化による界面せん断強度の違いが指摘されています20,21。 現在の研究では、これらの側面を詳細に調査し、GCLとの界面せん断強度の向上、水和効果の低減、および長期的な持続可能性の利点を理由に、埋め立て地のライナーおよびカバーシステムの構築にMsandを使用することを提案しています。

この研究で使用した GCL は Macline GCL-W で、熱接着された不織ジオテキスタイルとフィラメント織ジオテキスタイルの間にカプセル化された乾燥ナトリウム ベントナイトの層があります。 モンモリロナイトを 70% 含むベントナイト粘土は、650% の吸水能力と 12 ml/g の自由膨潤能力を持っています。 文献によると、GCL の不織布側は繊維がランダムに配向しているため、界面せん断強度が優れていることが示唆されており 22、23、24 、したがってこの研究ではせん断試験にも同じものを採用しています。 図 2 は、実体顕微鏡 (SZX10) を使用して 32 倍の倍率で撮影した未使用の GCL の不織布側の画像を示しており、ジオテキスタイルの多層ウェブ状構造を示しています。

未使用 GCL の不織布表面の 32 倍の顕微鏡画像。

ASTM C136 (2014) に従って、天然の川砂と製造された砂に対してふるい分析が実行されました。 図 3 に示す粒度分布に基づいて、川砂と M サンドは、その自然な段階で、米国土壌分類システム (USCS) に従って、それぞれ低等級砂 (SP) と高等級砂 (SW) に分類されます。 ）。 粒子サイズの影響を排除し、粒子形状の影響に焦点を当てるために、本研究では川砂と人工砂（Msand）に共通の実験グラデーションを使用します。 図 3 に示すように、選択された砂のグラデーションは、両方の砂がグレードの悪い砂 (SP) として分類されるグラデーションを達成するように、両方の砂の特定のサイズの部分から必要な量を比例して調達することによって得られました。 選択された砂のグラデーションは重量分率ごとに同じ粒径を持ち、粒の形状は自然の状態のままです。 図4に川砂と0.6mmの加工砂の画像を示します。 表 1 は、実験的なグラデーションにおける砂のグラデーションパラメータと物理的特性を示しています。 最大空隙率は ASTM D4254 (2016) に従って振動台試験から得られ、最小空隙率は ASTM D4253 (2019) に従って得られました。 ASTM 3080-04 (2012) に従って実施された直接せん断試験に基づいて、相対密度 80% で製造砂と川砂の選択されたグラデーションについて、内部摩擦角はそれぞれ 44° と 41° と得られました。

砂の粒度分布と実験によるグラデーション。

典型的な砂粒子の倍率 25 倍の顕微鏡画像 (a) 川砂と (b) 人工砂。

すべての界面せん断試験は、Vangla と Latha によって修正された直接せん断試験セットアップを使用して実行されました 25,26。 このセットアップは、従来の直接せん断試験セットアップの下部せん断ボックスを、ジオシンセティック材料を固定するための 180 mm 辺の可動式剛直角鋼板に置き換えます。 現在の研究では、180 mm × 180 mm の GCL 試験片をロールから切り出し、グリッパー プレートとネジを使用してスチール ベースに固定しました。 GCL は、不織布ジオテキスタイル表面が上になるように鋼板に固定されました。 固定 GCL の上に 100 mm × 100 mm サイズの上部シャーボックスを置き、相対密度 80% の砂を充填しました。 表 1 に報告されている砂の最大空隙率と最小空隙率は、特定の相対密度を達成するために必要な砂の重量の計算に使用されました。 砂は 3 つの別々の層に充填され、各層は試験片の合計高さ 50 mm の 3 分の 1 になるように手作業で圧縮されました。 レバーアーム機構を通じて通常の荷重が加えられた後、スチールベースがローラー上で水平に移動し、GCL と砂の界面に沿ってせん断が発生しました。 デジタル データ収集システムは、水平ロード セルを介して加えられたせん断力と、LVDT (線形可変差動変圧器) を使用して対応するベースの水平方向の動きをそれぞれ記録します。 図 5 は、研究で使用されたインターフェイス テストのセットアップの詳細を示しています。

インターフェイスダイレクトシアーセットアップ。

ASTM D6243 (2016) に従い、ひずみ制御界面せん断試験を、100 kPa、60 kPa、30 kPa、および 7 kPa の垂直応力、せん断速度 1.15 mm/min で実施しました。 これらの法線応力は、中程度の高さの埋め立て地のライナーおよびキャッピングにおける表土応力をシミュレートします。 界面テストは、GCL-River Sand および GCL-Msand 界面で実施されました。 テストは、乾燥した砂と飽和した砂と接触する GCL で実行されました。 実験における砂の飽和は、地下水位の変動と降水物の浸透が砂路床の飽和を引き起こす最悪の現場シナリオを表しています。 砂の最小飽和含水量は、比重と空隙率の関係から 18% と計算され、飽和砂を使用した試験でも同じ値が使用されました。

界面せん断試験は、法線応力の変化によって表される表土応力レベルの影響、粒子形状に大きな違いがある天然およびMサンドによる粒子形状の影響、および乾式および湿式試験による水和効果を理解するように設計されました。 異なる法線応力における乾燥状態でのGCL-川砂およびGCL-M砂界面のせん断応答を図6に示します。変位に伴うせん断応力の変化を図6aに、モール-クーロン破壊包絡線を図6に示します。 6b. これらの初期テストのほとんどは、結果の再現性を確認するために繰り返されました。 GCL-川砂界面とGCL-Msand界面の両方で、垂直応力の増加とともにピークせん断応力が増加しました。これは、表土の閉じ込め効果が強化された状態で、ジオテキスタイルの繊維と砂粒子の間の連動機構が増加したことを示しています。 さらに、プロットは、GCL-川砂界面と比較して、GCL-Msand ではより高いピークせん断応力が達成されることを示しています。 試験条件と勾配は同一に維持されるため、せん断挙動の違いは砂粒子の形状にのみ関係すると考えられます。 GCL の内部強化繊維は加えられたせん断力に抵抗し、全体のせん断強度に貢献します。 GCLの上層から下層へせん断力を伝達します。 ピーク後のせん断応力の減少は、大きなせん断ひずみでの強化繊維の伸びに関連している可能性があり、これにより引張強度の損失が発生し、界面せん断強度の低下につながります11、12、13。 図6bに示す、さまざまな垂直応力におけるピーク界面せん断応力を考慮した破壊包絡線の最良適合線から計算された、乾燥GCL-砂界面の界面摩擦角（δ）と界面付着力（ap）の値を表に示します。 2. すべての GCL-砂界面は、砂-砂せん断試験と比較して、より小さい摩擦角を示しました。 表 2 に示すように、GCL と砂の界面の摩擦効率は δ/ϕ として定義され、常に 1.0 未満です。

乾燥条件下での GCL と砂の界面のせん断応答 (a) 応力 - 変位応答、(b) 破壊包絡線。

ベントナイトは GCL の水圧性能を向上させ、自己修復能力を与えます。 ベントナイトは水和すると体積が 600% 増加し、GCL のせん断強度に大きな影響を与えます。 図 7 は、Ruedrich et al.27 によって説明されているベントナイトの結晶膨張メカニズムを示しています。 現場では、境界面の路盤から水分が吸引されると、GCL 内でベントナイトの水和が起こる可能性があります。 地下水位の変動と雨水の浸透により、路床の含水量が急激に上昇し、GCL と砂の界面のせん断強度に悪影響を及ぼす可能性があります。 この界面せん断強度の低下による最悪のシナリオは、砂路床が完全に飽和状態になることです。 この研究では、計算された界面せん断強度パラメーターに対するベントナイトの水和の影響を調べるために、飽和条件下での界面試験が実施されました。 これらの試験では、完全な飽和を達成するために砂中の水分含有量を 18% に維持し、GCL 試験片は砂からの水分の吸引によって水和しました。 この一連のテストに使用された垂直応力は 7 kPa、30 kPa、および 100 kPa でした。 7 kPa という低い垂直応力を使用してベントナイトを大きく膨潤させ、100 kPa という高い垂直応力を使用して GCL 表面へのベントナイトの押し出しを促進しました。 これらの現象は両方とも、GCL と砂の界面の界面せん断挙動に影響を与えます。 飽和路盤条件下での GCL-川砂および GCL-Msand の応力-変位応答を図 8 に示します。 川砂と Msand 界面のピークせん断応力の有意な差は、100 kPa のより高い垂直応力で観察されました。図8aより。 乾燥試験の図 6a と飽和試験の図 8a を比較すると、飽和条件下ではすべての垂直応力でせん断応力の大幅な減少が観察されました。 GCL の水和によりベントナイトが膨張し、強化繊維に引張力が加わり、界面せん断強度に影響を与えます。 より高い垂直応力では、ベントナイトの膨張が過剰応力によって妨げられ、不織ジオテキスタイル表面の空隙を通って界面にベントナイトが押し出されます。 図 8c は、7 kPa および 100 kPa の垂直応力における水和時間による GCL 試験片の膨潤を示しています。 前述したように、7 kPa 未満でテストした界面ではより高い膨潤が観察されます。これは、100 kPa の通常応力でテストした界面と比較して、水和時の GCL の体積膨張がより大きいことを意味します。 垂直応力が高くなると、腫れは制限され、5 ～ 7% 低下することがわかります。 体積変化は、川砂と接触した GCL の方が大きいことが観察されます。 ベントナイトは、GCL の不織布表面の空隙を通して押し出され、界面にぬるぬるした層を形成します。 押し出されたベントナイトと界面の水の潤滑層が摩擦抵抗を軽減します。 モールクーロン破壊包絡線による飽和状態での界面せん断強度の計算を図 8b に示し、界面摩擦角 (δ) と界面付着力 (ap) の値を表 2 に示します。飽和界面の値は、乾燥界面の値よりも大幅に低くなります。 上で説明した理由により、川砂界面とM砂界面の両方で、界面摩擦角は乾燥状態から飽和状態まで約10°減少し、界面付着力は乾燥状態から飽和状態まで7〜10 kPa減少しました。 飽和による摩擦抵抗の減少の理由は、飽和条件下で押出されたベントナイトのぬるぬるした層と、砂粒子とこの層との相互作用により、効率的な砂繊維の絡み合いが制限されるためです。 水の潤滑層は、飽和条件下での GCL と砂の界面での摩擦抵抗も低減します。 この研究では川砂とMsandで同一のグラデーションが維持されたにもかかわらず、Msand界面は粒子形態効果により、すべての条件で川砂界面と比較して著しく高い摩擦角と付着力を示しました。これについては後続のセクションで説明します。

粘土鉱物の水和による結晶膨潤機構。

飽和条件下での GCL と砂の界面のせん断応答 (a) 応力 - 変位応答、(b) 破壊包絡線、(c) 膨潤 - 水和時間応答。

GCL-砂界面のせん断応答に対する砂粒形状の影響は、試験結果の分析から明らかです。 ハイエンドのイメージング技術と堅牢な計算ツールの利用により、粒子形状の正確な定量化が可能になりました。 イメージング技術を使用することで、土壌と地球合成の相互作用メカニズムを正確に分析でき、それを測定された機械的応答と相関させて、より深い洞察を得ることができます。 この研究では、デジタル画像技術を利用して、砂粒の形状パラメータを区別して定量化し、テストされた GCL 表面のミクロレベルの変化を理解して、界面での相互作用メカニズムを説明しました。

粒子の形状は、形状 (マクロスケール)、真円度 (メソスケール)、および表面組織 (ミクロスケール) という 3 つのマルチスケール要素で構成されます28。 マクロスケールの構成要素であるフォームは、粒子の比率の偏差を表します。 メソスケールの要素である真円度は、粒子の輪郭に沿った起伏または角を表します。 表面テクスチャーは、ミクロスケールのコンポーネントであり、粒子表面の微細な粗さの特性を定義します。 粒子画像と計算技術を使用して粒子の形状を特徴付けるために、いくつかの形状パラメーターが文献で定義されています。 最も広く受け入れられている形状パラメータは、Wadell によって与えられた真球度、真円度、粗さであり 29,30、その後の多くの研究者によって広く使用されました 13,25。 粒子の形状が球に近いことを表す真球度、粒界の滑らかさを表す真円度、粒界の微細な凹凸を表す粗さを総称して粒子全体の形状を表します。 この研究では、砂粒子の Wadell 形状パラメータを定量化するアルゴリズムが MATLAB で作成されます。 この目的のために、砂粒子の顕微鏡画像が MATLAB の画像セグメンテーションを通じてバイナリ画像に変換され、そのバイナリ画像に対して形状パラメータの定量化が実行されました。 図 9 は、川砂と Msand の典型的な粒子の顕微鏡画像と二値画像を示しています。どちらもサイズは 0.6 mm です。 図9b、dは、それぞれ川砂とM砂粒子の重心とともに粒子の輪郭を示しています。 これらの粒子の輪郭は、図 10 に示すように、個々の砂粒子の生のプロファイルを取得するために、ピクセル単位の粒子半径とラジアン単位の角度の空間領域にプロットされます。生のプロファイルは、粒子の 3 つのマルチスケール特徴で構成されます。これらは、形状、真円度、粗さであり、図 10 の両方の砂粒子で識別され、マークされています。マクロスケールの成分は完全な生のプロファイルを包含するのに対し、メソスケールの成分は砂粒子の主な山と谷に対応します。生のプロファイルとマイクロスケールのコンポーネントは、プロファイル内の微小な偏差の密集した間隔のクラスターに対応します。 Msand 粒子の生のプロファイルには、より多くのメソスケールおよびマイクロスケールの形状要素が示されており、川の砂粒子と比較して、Msand 粒子の角度と粗い質感が示されています。 さらに、MATLAB アルゴリズム 29 を使用して、両方の砂の異なるサイズ分率の 200 個の個々の粒子のバイナリ画像に対して形状の定量化が実行され、形状パラメータの平均値が計算されました。 平均真球度、真円度、粗さは、Msand ではそれぞれ 0.78、0.38、0.0024、川砂ではそれぞれ 0.84、0.42、0.001 でした 31、32、33。 川砂粒子の形成に関与する自然の風化と浸食プロセスにより、石を切り出した砂粒子と比較して、より高い真球度と真円度が得られました。 エムサンドの製造には岩石の破砕に機械的プロセスが含まれるため、エムサンド粒子の平均粗さの値は川砂の平均粗さの 2 倍です。

代表的な砂粒子の顕微鏡画像と二値画像 (a) 川砂粒子の顕微鏡画像 (b) 川砂粒子の二値画像 (c) エムサンド粒子の顕微鏡画像 (b) エムサンド粒子の二値画像。

典型的な川砂とマルチスケール形状コンポーネントがマークされたM砂粒子の生のプロファイル。

川砂粒子と比較して、より鋭く細長く粗いM砂粒子は、GCLなどの他の表面との相互作用により高い摩擦を生成し、これは界面せん断試験の結果から確認されています。 GCL 上で砂がせん断されるとき、砂粒子と GCL の間の接着と摩擦とは別に、GCL と砂の界面のせん断強度に大きく寄与するもう 1 つの重要なメカニズムがあります。それは、砂と繊維の絡み合いです。 図11を通して、GCL-川砂およびGCL-Msand界面について、GCLの繊維内で絡み合う砂粒子を明確に視覚化することができる。 MATLAB のバイナリ画像セグメンテーションと領域プロパティ関数を使用して、繊維と粒子を区別し、GCL 表面に捕捉された砂粒子の面積の割合を計算しました。 乾燥条件下では、GCL-川砂およびGCL-Msand界面の砂粒子の捕捉面積は、垂直応力100 kPaでそれぞれ3.44%および2.29%でした。 他の影響がなければ、粒子捕捉の増加は界面せん断強度の増加につながるはずです。 しかし、GCL-Msand界面は、閉じ込めが比較的少ないにもかかわらず、GCL-川砂界面と比較して高いせん断強度を示しました。 この高いせん断強度の理由は、Msand 粒子の形状にあり、他のすべての影響が相殺されます。

粒子と繊維の絡み合いを示す GCL の試験表面の画像 (a) GCL-川砂 (b) GCL-Msand。

飽和試験では、ベントナイトの膨潤と押し出しが、粒子の捕捉だけでなく界面せん断強度にも大きな影響を与えました。 図 12a は飽和試験後の GCL の試験表面を示しており、水の潤滑膜とともに押し出されたベントナイトがはっきりと観察できます。 押し出されたベントナイトは界面にぬるぬるした粘着層を形成し、界面での摩擦を軽減します。 繊維に付着したぬるぬるしたベントナイト層が図 12b に見られます。これは飽和試験後に乾燥した GCL の写真です。 この層は粘着性があるため、砂粒子の捕捉が高くなります。 飽和試験後の閉じ込められた砂粒子の面積はより大きく、標準応力 100 kPa で、GCL-川砂では 35.55%、GCL-Msand 界面では 20.80% と計算されました。 これらの結果は、ベントナイトの水和効果が川砂の中でより高いことを証明しています。 GCL-Msand 界面のせん断強度は、粒子形状の効果により、水和条件下でも川砂粒子に比べて高くなります。

飽和せん断試験後の試験対象 GCL 表面の倍率 20 倍の画像 (a) 水和下でのベントナイト押出、(b) GCL の乾燥後の押出ベントナイト。

この研究で実施された界面せん断試験と画像解析は、埋め立て地のライナーやキャップシステムの川砂をMsandで置き換えることの利点を明らかにし、それについて科学的な説明を提供します。 この研究の実際的な利点は、埋立地建設における天然砂の使用量が削減され、長期的な環境上の利点が得られることにあります。 製造砂のコストは川砂のコストに比べてはるかに安価であるため、代替砂の経済的メリットは高いです。 界面せん断強度の点で最大の利点を引き出すために、Msand の特定のグラデーションを生成できることも利点です。 本研究の結果は、多変数回帰分析を使用して、砂の形状パラメーターと GCL との界面せん断強度の間の経験的関係を導き出すために使用できます。 ただし、将来調査できる、異なる GCL と砂中の異なる含水量を使用したテストがデータに含まれている場合、そのような関係はより意味のあるものになります。

この研究では、GCL-砂界面のせん断強度とその粒子形状への依存性を、乾燥および飽和条件下で川砂および人工砂（Msand）と界面を接するGCLのせん断試験を通じて調査しました。 ミクロレベルのせん断と連動機構、およびこれらの機構に対する粒子形状の影響を画像解析によって研究します。 研究の主な結論を以下に示します。

Msand 粒子の細長い形状と粗い表面組織により、GCL-Msand 界面では GCL-川砂界面に比べてより高いせん断強度が観察されました。 GCL-Msand 界面では、界面の摩擦角と付着力の両方が比較的高くなります。

摩擦と接着とは別に、界面での砂と繊維の絡み合いが GCL と砂の界面のせん断強度に大きく寄与します。 川砂と比較して、Msand の場合は粒子形状のおかげで効果的な絡み合いが観察され、繊維との摩擦接触が高くなりました。

飽和テストでは、テスト後の GCL 表面の画像解析から視覚化されたように、ベントナイトは水和により膨潤し、界面に押し出されます。 ベントナイトの押出は界面でせん断強度の大幅な損失をもたらしましたが、Msand の場合は粒子形状効果が強度損失を補ったため、損失はより小さくなりました。

この研究は、Msand が人工埋立地の建設における路床材として、経済的で持続可能かつ効果的な川砂の代替品になり得ることを証明しました。

現在の研究中に使用および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

Robbins, MC、Lu, H. & Swift, AHP エルパソ太陽池用のジオ合成粘土ライナー システムの適合性の調査。 米国太陽エネルギー協会年次会議議事録、米国ミネアポリス、63–68 (1995)。

Guyonnet, D.、Touze-Foltz, N.、Norotte, V. 埋め立て用途におけるジオ合成粘土ライナーを制御するためのパフォーマンスベースの指標。 ジオテキスト。 ジオメンバー。 27、321–331 (2009)。

記事 Google Scholar

フォックス、PJ およびスターク、TD 最先端レポート: GCL せん断強度とその測定 - 10 年分の最新情報。 ジオシンセ。 内部。 22、3–47 (2015)。

記事 Google Scholar

Daniel、DE ジオ合成粘土ライナーの水圧耐久性。 第 14 回 GRI 会議議事録 (ジオシンセティクスの注目のトピック)、米国ラスベガス、118 ～ 135 (2000)。

Manassero, M.、Benson, C. & Bouazza, A. 固形廃棄物封じ込めシステム。 地質工学および地盤工学に関する国際会議の議事録、GeoEngineering 2000、Vol. 1、メルボルン、オーストラリア 520–642 (2000)

Zettler、TE、Frost、JD & DeJong、JT 滑らかな HDPE ジオメンブレン表面トポグラフィーにおけるせん断誘発変化。 ジオシンセ。 内部。 7(3)、243–267 (2000)。

記事 CAS Google Scholar

Fleming, IR、Sharma, JS & Jogi, MB 不飽和条件下でのジオメンブレンと土壌の界面のせん断強度。 ジオテキスト。 ジオメンバー。 24(5)、274–284 (2006)。

記事 Google Scholar

Shi, J.、Shu, S.、Qian, X.、Wang, Y. 垂直応力が変化する場合の埋め立てライナー界面のせん断強度。 ジオテキスト。 ジオメンバー。 48(5)、713–723 (2020)。

記事 Google Scholar

ベルガド、DT、ラマナ、GV、シア、HI タイにおける複合ライナーシステムの界面せん断強度の評価と埋立地ライニングシステムの安定性解析。 ジオテキスト。 ジオメンバー。 24(6)、371–393 (2006)。

記事 Google Scholar

Namjoo, AM、Jafari, K. & Toufigh, V. 砂の粒子サイズと鉄筋の表面特性が砂とジオシンセシスおよび砂と炭素繊維ポリマー界面のせん断挙動に及ぼす影響。 トランスペアレントジオテック。 24、100403 (2020)。

記事 Google Scholar

Punetha, P.、Mohanty, P.、Samanta, M. 直接せん断試験における土壌 - ジオ合成界面の力学的挙動に関する微細構造研究。 ジオテキスト。 ジオメンバー。 45(3)、197–210 (2017)。

記事 Google Scholar

AMナムジュほか砂被覆CFRP界面のせん断挙動に及ぼす界面表面粗さ、平均粒径、粒子形状の影響の研究。 トランスペアレントジオテック。 37、100841 (2022)。

記事 Google Scholar

Lashkari, A. & Jamali, V. グローバルおよびローカルの砂とジオシンセティック界面の挙動。 Géotechnique 71(4)、346–367 (2021)。

記事 Google Scholar

Eid, HT 埋め立てライナーおよび覆土法面の設計のためのジオシンセティック複合システムのせん断強度。 ジオテキスト。 ジオメンバー。 29、335–344 (2011)。

記事 Google Scholar

Rowe, RK & Orsini, C. 高勾配下での GCL の内部侵食に対する GCL と路盤タイプの影響。 ジオテキスト。 ジオメンバー。 21、1–24 (2003)。

記事 Google Scholar

Yesiller, N. & Cekic, A. 画像解析を使用したテクスチャー加工されたジオメンブレンの表面と厚さの特性の決定。 ジオテック。 テスト。 J. 28(3)、275–287 (2005)。

Google スカラー

ヤン、R.ら。 超高性能コンクリート (UHPC) の部分代替材料として製造された砂の物理的および化学的影響。 セメント濃度コンポ。 99、203–213 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Mahakavi, P. & Chithra, R. 自己圧縮コンクリートにおけるリサイクル粗骨材と製造砂の効果。 8月。 Ｊ．Ｓｔｒｕｃｔ． 工学 21(1)、33–43 (2020)。

記事 Google Scholar

Ma, Z.、Shen, J.、Wang, C. & Wu, H. 再生粗骨材から粉砕された高品質の再生製造砂を含む持続可能なモルタルの特性評価。 セメント濃度コンポ。 132、104629 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Afzali-Nejad、A.、Lashkari、A.、Shourijeh、PT 砂織りジオテキスタイル界面のせん断強度と膨張に対する粒子形状の影響。 ジオテキスト。 ジオメンバー。 45、54–66 (2017)。

記事 Google Scholar

Kong、D.-J.、Wu、H.-N.、Chai、J.-C. & Arulrajah、A. ジオ合成粘土ライナーの最先端のレビュー。 サステナビリティ 9、2110 (2017)。

記事 Google Scholar

McCartney, J. & Swan, RH ジオ合成粘土ライナー (GCL) の内部および界面せん断強度: 追加データ、コロラド大学ボルダー校土木環境建築工学部に提出された報告書、2002 年 6 月、1-36 （2002年）。

McCartney, JS、Zornberg, JG & Swan, RH GCL ジオメンブレン界面のせん断強度結果の大規模データベースの分析。 J. ジオテック。 地理環境。 工学 ASCE 135、209–223 (2009)。

記事 Google Scholar

Triplett、EJ & Fox、PJ HDPE ジオメンブレン/ジオ合成粘土ライナー界面のせん断強度。 J. ジオテキスト。 地理環境。 工学 ASCE 127(6)、543–552 (2001)。

記事 Google Scholar

Vangla, P. & Latha, GM 砂の粒径と鉄筋表面の凹凸が界面せん断挙動に及ぼす影響。 ジオテキスト。 ジオメンバー。 44(3)、254–268 (2016)。

記事 Google Scholar

Vangla, P. & Latha, GM 同様の形態の砂の摩擦および界面せん断強度に対する粒子サイズの影響。 内部。 J.ジオシンセ。 地上工学 1(1)、6 (2015)。

記事 Google Scholar

Ruedrich, J.、Bartelsen, T.、Dohrmann, R. & Siegesmund, S. 建物に使用される砂岩の劣化要因としての湿気膨張。 環境。 地球科学 63、1545–1564 (2011)。

記事 ADS Google Scholar

バレット、PJ 岩石粒子の形状、批判的なレビュー。 堆積学 27(3)、291–303 (1980)。

記事 ADS Google Scholar

Wadell, H. 岩石粒子の体積、形状、および真円度。 J. Geol. 40(5)、443–451 (1932)。

記事 ADS Google Scholar

Wadell, H. 石英粒子の体積、形状、真円度。 J. Geol. 43(3)、250–280 (1935)。

記事 ADS Google Scholar

Pillai, AG & Gali, ML 乾燥条件および湿潤条件下での砂-GCL 界面のせん断強度に対する粒子形状の役割。 ジオテキスト。 ジオメンバー。 50(2)、262–281 (2022)。

記事 Google Scholar

Pillai, AG & Gali, ML 粒子形状の特性評価に基づいた、ベントナイトの水和と GCL 砂界面のせん断強度に関する新しい視点。 内部。 J.ジオシンセ。 地上工学 8(2)、1–17 (2022)。

記事 Google Scholar

Pillai, AG、Gali, ML 繰り返しせん断下での GCL と砂の界面のデジタル画像ベースの性能評価。 ジオシンセ。 内部。 https://doi.org/10.1680/jgein.22.00352 (2022)。

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画像解析に使用したデジタル顕微鏡は、2 番目の著者の SERB POWER Fellowship (SPF/2021/000041) を通じて調達されました。 著者は M/s Maccaferri Environmental Solutions Pvt に感謝します。 Ltd. は GCL を無料で提供してくれました。

インド科学大学土木工学科、バンガロール、インド

アンジャリ・G・ピライ & マダヴィ・ラタ・ガリ

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AGP と MLG が原稿を執筆し、両著者が原稿をレビューしました。

アンジャリ・G・ピライへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

ピライ、AG、ガリ、ML 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エンジニアリングの利点。 Sci Rep 13、6444 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-32835-7

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受信日: 2022 年 12 月 27 日

受理日: 2023 年 4 月 3 日

公開日: 2023 年 4 月 20 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-32835-7

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