垃圾堆體固有滲透率及孔隙度演化特征試驗研究.pdf

1、填埋場內(nèi)氣體流動的孔隙空間——“遷移通道”既受上覆載荷的作用，也同時由于垃圾土骨架自身的降解而發(fā)生改變。如何有效地對垃圾填埋氣體的遷移規(guī)律及氣井的收集效能進行合理評估已成為填埋場沼氣收集和利用工程中的重要研究課題，而定量描述垃圾堆體滲透特性的變化規(guī)律及建立固有滲透率和孔隙度的表征模型是解決這一難點的關(guān)鍵性科學(xué)問題之一。本文以多孔介質(zhì)氣-固耦合滲流理論、土力學(xué)以及生物降解動力學(xué)等多學(xué)科交叉理論為基礎(chǔ)，以室內(nèi)試驗研究為主導(dǎo)，實現(xiàn)了對垃圾堆體

2、固有滲透率和孔隙度的協(xié)同演化過程進行定量化預(yù)測;同時以數(shù)值仿真分析為依托，開展了滲流-應(yīng)力全耦合條件下填埋氣體遷移過程模擬。具體研究成果如下:
　　(1)開展了不同載荷作用下垃圾堆體固有滲透率和孔隙度的協(xié)同演化試驗，建立了固有滲透和孔隙度的定量表征模型，分析了不同含水率條件下固有滲透率和孔隙度的變化規(guī)律。傳統(tǒng)K-C模型無法描述這一變化規(guī)律，而冪函數(shù)形式（k=AnB）和線性函數(shù)形式(lg(k)=a+blg(n)）兩種協(xié)同表征模型均與

3、試驗結(jié)果達到了良好的擬合效果;模型尺寸從50mm增大至500mm，固有滲透率從10-15 m2增加至10-12m2，孔隙度從0.378增加至0.685。
　　(2)分析了降解1個月、2個月和3個月后的垃圾固有滲透率和孔隙度的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)降解時間越長，垃圾堆體固有滲透率和孔隙度下降的幅度越明顯。當含水率為45％時，隨著降解時間的增加，孔隙度最小降低至0.1，同時固有滲透率的變化幅度達到4個數(shù)量級。冪函模型對新鮮垃圾的k-n擬合效果

4、較好，而K-C模型對降解后垃圾的k-n擬合效果較好。
　　(3)構(gòu)建了填埋氣體遷移滲流-應(yīng)力全耦合模型，分析了填埋場氣體遷移規(guī)律，預(yù)測了氣井收集效能，結(jié)果表明:考慮k-n模型的情況下填埋場內(nèi)氣體壓力值高于不考慮k-n模型的情況，封場10年后壓力差值最大達到0.346kPa;由于載荷的作用，氣井平均流量較無載荷作用時偏低14.8％;加入快速滲透層可有效提高填埋氣體的橫向遷移速率，減小填埋氣體的逸散，顯著增加了氣井的收集量。