城市垃圾填埋場振動臺模型試驗與地震穩(wěn)定性分析方法研究.pdf

1、城市垃圾填埋場的地震穩(wěn)定性評價是環(huán)境巖土工程領域遇到的新問題。鑒于目前對其地震變形機理缺乏深入的了解、工程設計中仍沿用傳統(tǒng)土力學邊坡穩(wěn)定分析方法的研究現(xiàn)狀，本文結合國家自然科學基金重點項目(50538080)“城市垃圾填埋場固、液、氣相互作用及土力學機理”中的第4子題“垃圾填埋場動力穩(wěn)定機理及分析方法”，利用振動臺模型試驗技術，在垃圾填埋場地震破壞機理分析的基礎上進行理論研究，嘗試建立適合城市垃圾填埋場結構特點的地震穩(wěn)定性分析方法。

2、 論文主要內容如下： 1．針對城市垃圾填埋場的結構形式設計8個縮尺模型，進行振動臺模型試驗，通過對比分析一系列的試驗現(xiàn)象，揭示了地震作用下填埋場的幾個響應規(guī)律： (1)沿填埋場底部襯墊層和頂部覆蓋層的接觸面發(fā)生較大相對滑移，是地震作用下現(xiàn)代城市垃圾填埋場的主要破壞模式，其中觀察到的覆蓋層破壞現(xiàn)象能夠印證Ling,H．I．提出的“雙滑楔體’’假定，垃圾堆體內部不容易出現(xiàn)明顯的滑動面； (2)填埋場防滲層的永久位

3、移與振動臺臺面的水平最大位移近似成比例； (3)填埋場襯墊層土工膜能夠減弱地震能量向上部結構的傳遞，輸入地震動的加速度峰值越大，減弱的效果越明顯。 2．對振動臺試驗中的模型填埋場進行非線性數(shù)值模擬，目的是補充驗證振動臺試驗的主要結論，以及為驗證本文第四、五章的填埋場地震穩(wěn)定性評價方法做準備。 3．假定沿填埋場底部襯墊層的潛在滑動體由三個剛性滑塊組成，對基礎具有一定坡角的填埋場進行極限平衡分析，推導了襯墊層屈服加速

4、度系數(shù)的計算公式，采用非線性數(shù)值計算和振動臺試驗結果對公式進行了驗證；在填埋場地震破壞機理分析的基礎上，定義了填埋場覆蓋層和襯墊層的水平等效加速度(時程)HEA<,c>(t)和HEA<,d>(t)，通過二維非線性數(shù)值計算，說明了以覆蓋層和襯墊層的最大水平等效加速度MHEA<,c>和MHEA<,d>代表地震在防滲層引起的荷載水平，評價填埋場的地震穩(wěn)定性具有客觀合理性；給出對填埋場防滲層的地震穩(wěn)定性進行2D擬靜力分析的步驟。 4．對

5、具有摩擦型接觸面的NewMark雙滑塊系統(tǒng)進行能量分析，建立NewMark雙滑塊模型的能量守恒方程，理論分析得到，諧振激勵下接觸面發(fā)生最大相對滑移量時對應的能量系數(shù)e與(k<,y>/K<,a>)<'2>存在近似線性關系；利用這一關系對真實地震波作用下地震永久位移的計算結果進行統(tǒng)計分析，給出了地震永久位移的簡化計算公式；將簡化計算公式與其它學者建議的計算公式進行對比、以及算例表明，本文的公式計算結果合理、具有簡單的形式、便于工程應用。

6、 5．對具有典型幾何構型的填埋場進行二維分析，以考察填埋場的地震響應特性，研究垃圾土初始剪切波速、填埋場高度、場地條件、輸入地震動頻譜特性等參數(shù)對填埋場頂部加速度響應的影響；作為本文研究成果的工程應用實例，分別以最大水平等效加速度MHEA<,d>和MHEA<,c>代表填埋場基底襯墊層和覆蓋層的地震荷載水平，評價了填埋場的地震穩(wěn)定性；針對最危險工況，采用本文建議的公式(5.29)和(5.30)，計算了地震作用下填埋場襯墊層和覆蓋層的永