煤炭开采和洗选过程中会产生大量的煤矸石,其排放量约占煤炭年产量的10%¹5%。据统计,我国煤矸石的累积堆存量已经超过60亿吨。煤矸石,特别是含硫量较高的煤矸石,在露天堆积时,由于受到风化和降水淋溶的作用,会发生一系列的物理、化学和生物反应,进而形成煤矸石酸性淋滤液。在降水的冲刷带动作用下,煤矸石酸性淋滤液不断向处置场外部迁移,不仅污染矿区周围的地表水和土壤,还可以通过各种水力联系进入地下水环境,对矿区周围的地下水造成严重污染。为此,本文提出了基于土工合成黏土衬垫（Geosynthetic Clay Liner,GCL）的煤矸石淋滤液源头控制技术,系统分析了煤矸石淋滤液中典型污染物在土工合成黏土衬垫（GCL）中的迁移机制以及GCL对煤矸石淋滤液的截污性能,并研究了黄土淋滤液作用下GCL的渗透性能变化情况,以此为依据评价GCL作为煤矸石处置场底部衬垫和顶部覆盖层的技术可行性。本文所做具体工作和主要结论如下:（1）使用柔性壁渗透仪,以煤矸石淋滤液作为渗透溶液开展室内渗透试验,研究天然钠基膨润土GCL（GCL-N）和人工钠化膨润土GCL（GCL-S）的渗透性能变化规律。研究结果表明,煤矸石淋滤液作用下GCL的渗透系数与其所受有效应力的大小有关。当有效应力为10 kPa时,淋滤液的持续渗透会导致GCL的渗透系数显著升高;而当有效应力为200 kPa时,GCL的渗透系数基本不受煤矸石淋滤液的影响。另外,在相同的有效应力条件下,GCL-N往往比GCL-S具有更低的渗透系数。（2）通过室内扩散试验研究了煤矸石淋滤液中典型污染物Zn²⁺、Mn²⁺和SO₄^2-在GCL-S中的扩散性能,使用有限层法模拟软件POLLUTE V7对污染物随时间变化的曲线进行拟合,计算得出3种污染物在GCL-S中的扩散系数。研究结果表明污染物在GCL-S中的扩散系数低于它们在传统压实黏土衬垫层中的扩散系数,从而能更有效地控制污染物在GCL中的扩散迁移。（3）采用批式吸附试验研究了重金属Zn²⁺和Mn²⁺在人工钠化膨润土上（取自GCL-S）的吸附性能,分析不同土水比和pH对重金属在膨润土上吸附性能的影响。试验结果显示土水比和pH对重金属在膨润土上的吸附性能产生重要的影响:随着土水比的增大和pH的下降,重金属在膨润土上的吸附量逐渐降低。但即使是在最不利条件下,重金属在膨润土上的吸附量仍然大于其他传统黏土材料。因此,从吸附性能角度考虑,GCL是一种较好的煤矸石处置场衬垫层的建设材料。（4）根据渗透、扩散和吸附试验的数据和分析结果,利用有限层法模拟软件POLLUTE V7对煤矸石淋滤液中污染物在GCL中的迁移过程进行数值模拟,确定污染物的击穿时间,并以此作为依据评价GCL对煤矸石淋滤液的截污性能。模拟结果显示GCL对Zn²⁺的截污性能要优于现场实际使用的压实黏土衬垫。（5）通过开展室内渗透试验,研究了黄土淋滤液作用下GCL-N和GCL-S的渗透性能变化情况。试验结果显示黄土淋滤液的持续渗透会导致GCL的渗透系数升高。增大有效应力可降低黄土淋滤液对GCL渗透系数的负面影响。为了使GCL满足煤矸石处置场顶部覆盖层的防渗要求,其上部黄土植被层的覆盖厚度必须达到5.0 m以上。