城市固體廢棄物靜動(dòng)力強(qiáng)度特性及填埋場(chǎng)的穩(wěn)定性分析.pdf

1、隨著我國(guó)城市化水平的提高，伴隨而來(lái)的是城市固體廢棄物(MunicipalSolidWaste，簡(jiǎn)稱(chēng)MSW)的急劇增加。衛(wèi)生填埋法是我國(guó)目前處理MSW的主要手段，作為MSW處理的終極方法必將長(zhǎng)期存在。為了增加填埋場(chǎng)的容量，填埋場(chǎng)的高度越填越高，坡度越填越陡，由于對(duì)MSW的靜、動(dòng)力強(qiáng)度特性認(rèn)識(shí)不夠，世界各國(guó)相繼發(fā)生填埋場(chǎng)的失穩(wěn)。為了對(duì)已建填埋場(chǎng)進(jìn)行正確的評(píng)價(jià)和對(duì)現(xiàn)代衛(wèi)生填埋場(chǎng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，本文系統(tǒng)地研究了MSW靜、動(dòng)力強(qiáng)度特性，并對(duì)填埋場(chǎng)

2、的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。 參照杭州天子嶺填埋場(chǎng)MSW的主要成分，人工配制試樣(30cm×60cm)，利用大型三軸剪力儀進(jìn)行不固結(jié)不排水和固結(jié)排水剪試驗(yàn)，分別研究初始孔隙比為2和3的MSW強(qiáng)度與變形特性。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，揭示了MSW的強(qiáng)度機(jī)理，發(fā)現(xiàn)MSW的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系具有強(qiáng)烈的應(yīng)變硬化特征，強(qiáng)度參數(shù)c和ψ隨破壞應(yīng)變?nèi)≈档脑黾佣龃?，提出了采用彈性非線(xiàn)性模型來(lái)模擬MSW的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。 利用中型動(dòng)三軸試驗(yàn)儀(試樣20cm×50c

3、m)研究了在較大應(yīng)變范圍內(nèi)MSW的動(dòng)模量和阻尼比，MSW的動(dòng)模量和阻尼比隨著動(dòng)剪應(yīng)變的變化曲線(xiàn)與泥炭土的相關(guān)曲線(xiàn)形狀基本一致。由于MSW的高壓縮性，初始孔隙比不同對(duì)試樣的動(dòng)力特性影響不大。并且進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)剪切波速試驗(yàn)，提出了最大動(dòng)剪切模量的估算式。為便于應(yīng)用，建議了歸一化動(dòng)剪切模量和阻尼比與動(dòng)剪應(yīng)變依賴(lài)關(guān)系的取值范圍和平均值曲線(xiàn)，給出了擬合公式的參數(shù)取值，將其與美國(guó)OII填埋場(chǎng)MSW動(dòng)力特性的研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。同時(shí)進(jìn)行了MSW的動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)

4、，研究了MSW在不同動(dòng)荷作用下動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)強(qiáng)度和動(dòng)孔壓的變化，并對(duì)MSW的動(dòng)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行了整理。 直接采用極限平衡法分析了MSW填埋體的整體穩(wěn)定性，由于強(qiáng)度參數(shù)強(qiáng)烈依賴(lài)于破壞應(yīng)變的取值，對(duì)同一填埋場(chǎng)，MSW填埋體的計(jì)算安全系數(shù)與破壞應(yīng)變?nèi)≈得芮邢嚓P(guān)，可見(jiàn)MSW填埋體的整體穩(wěn)定性與變形的控制標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。本文利用有限元法，分析MSW填埋體的穩(wěn)定和變形。對(duì)于MSW填埋體的最小安全系數(shù)規(guī)定為1.5，MSW填埋體前坡不得發(fā)生整體側(cè)向變形

5、，同時(shí)局部側(cè)向變形宜控制在5％以?xún)?nèi)。通過(guò)分析MSW填埋體的前坡坡度、高度、本構(gòu)模型參數(shù)和滲濾液水位的高度發(fā)生變化，當(dāng)破壞應(yīng)變?nèi)?0％，計(jì)算的安全系數(shù)達(dá)到1.5時(shí)，MSW填埋體的變形也是符合要求的，可以發(fā)現(xiàn)將破壞應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)取為10％來(lái)分析MSW填埋體的穩(wěn)定性是合理的。 為了分析填埋場(chǎng)沿著底部襯墊破壞的穩(wěn)定性，采用楔形體法，將填埋場(chǎng)分為三部分：主動(dòng)楔體、被動(dòng)楔體和垃圾壩，分別對(duì)它們進(jìn)行極限平衡分析，建立平衡方程，求解填埋場(chǎng)的穩(wěn)定安