城市生活垃圾填埋體的力學(xué)特性及降解沉降研究.pdf

1、近二十年來,隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快以及城鎮(zhèn)人口的增加,越來越多的工業(yè)垃圾和生活垃圾出現(xiàn)在日常生活中,引起了嚴重的生態(tài)環(huán)境污染問題。目前國內(nèi)外對垃圾主要采用填埋作業(yè)的方式進行處理,但是隨著各種超大型垃圾填埋體的建設(shè),填埋場的不規(guī)范填埋作業(yè)以及封場后因內(nèi)部有機物質(zhì)降解引起的滑坡災(zāi)害和不均勻沉降問題,給人居環(huán)境帶來了巨大的威脅。本文從垃圾土抗剪強度影響機理出發(fā),以重慶市長衛(wèi)生橋垃圾填埋場的垃圾土樣作為測試對象,從以下幾個方面對垃圾土的力學(xué)及降解

2、沉降特性進行了相關(guān)試驗研究。
　　1)為了研究有機物降解對垃圾土抗剪強度影響機理,并總結(jié)影響抗剪強度參數(shù)的相關(guān)因素(降解、含水率、有機物含量以及剪應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)等),選取重慶市長生橋垃圾填埋場的垃圾土樣作為研究對象,基于室內(nèi)直剪試驗和三軸固結(jié)排水試驗,對新鮮重塑垃圾土和陳垃圾土的抗剪強度參數(shù)進行了測試;通過240d的降解-剪切試驗,得出重塑新鮮垃圾土在0 d~30d,其抗剪強度與垃圾土初始組成結(jié)構(gòu)和預(yù)壓應(yīng)力有關(guān),而受有機物含量以及降解程

3、度的影響較小;抗剪強度隨降解的進行在30d~240d,其粘聚力c在3.54 kPa~22.24kPa之間變化,呈遞增趨勢;內(nèi)摩擦角φ在27.86°~20.35°之間變化,呈先增后減的趨勢;陳垃圾土的直剪試驗表明,隨著垃圾土中含水率的增加,其抗剪強度的整體趨勢是減小的;陳垃圾土的三軸固結(jié)排水試驗(CD)結(jié)果表明,隨剪切應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)的增大(5％~20％),抗剪強度呈遞增趨勢,其中粘聚力c從0 kPa增大為66.42kPa,而內(nèi)摩擦角φ從29°增

4、大為38°。
　　2)為了研究垃圾土蠕變-降解沉降特性,基于室內(nèi)蠕變觀測試驗得到蠕變~降解沉降過程曲線(0d~360d),最后對沉降影響因素進行了詳細分析。試驗結(jié)果表明,因外部荷載和內(nèi)部蠕變沉降引起的垃圾土總沉降量可達試樣總高度的33.2％;填埋體中滲濾液在前期的溢出量受外部荷載和有機物中初始含水量控制;通過對不同有機物含量的垃圾土試樣的降解沉降試驗,得出垃圾土的累計沉降量和累計滲濾液產(chǎn)量之間符合指數(shù)函數(shù)關(guān)系;垃圾土中既有利于初期

5、壓縮變形,又有利于后期厭氧降解沉降的垃圾土中最優(yōu)有機物含量區(qū)間為29.1％~36.47％;垃圾土內(nèi)部溫度監(jiān)測結(jié)果顯示,22℃~45℃是一個能夠加速其內(nèi)部有機物降解速率的溫度區(qū)間,且在41℃時作用最大。本次研究結(jié)果可用于降解-沉降和溫度場的分析,也可為進一步了解垃圾土的沉降特性提供理論支持。
　　3)為了研究垃圾土的降解-蠕變沉降特性,通過對試樣在室內(nèi)分別進行加載壓縮試驗,測試了垃圾土在360d內(nèi)其降解沉降變化特性,試驗結(jié)果顯示:垃

6、圾土在好氧和厭氧降解階段的變形特性符合彈塑性變形特征;根據(jù)蠕變理論和垃圾土的實測變形特點,推導(dǎo)了符合其變形特性的Burgers蠕變沉降模型,并對該模型的正確性進行了驗證,發(fā)現(xiàn)該模型能夠較好的模擬垃圾土在不同降解階段的變形特性,并且能夠為準(zhǔn)確預(yù)測垃圾土的沉降以及計算后期填埋場的容量提供幫助。
　　4)基于Mitchell三元導(dǎo)電模型和室內(nèi)實測資料,在確定原狀垃圾土試樣的結(jié)構(gòu)和土性參數(shù)基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了適合重慶長衛(wèi)生橋填埋場垃圾土電阻率的

7、計算模型。通過分析電阻率影響因素(孔隙率,滲濾液濃度,溫度,濕密度等)得出當(dāng)其它參數(shù)不變,而只改變其中一個變量時:電阻率隨孔隙率的增加而呈冪函數(shù)減小;相比添加NaCl和ZnCl2溶液的垃圾土,孔隙率的增加對添加柴油時垃圾土電阻率的影響要大于前兩者;在孔隙率一定時,滲濾液對垃圾土電阻率的影響受稀釋作用控制,并且影響程度隨含水率的增加而減小;隨著隨溫度的升高,垃圾土電阻率呈線性遞減趨勢;在含水率一定時,孔隙率的變化是導(dǎo)致垃圾土中三種導(dǎo)電模式