不同压力下垃圾降解压缩试验研究

利用课题组设计研制的垃圾降解压缩试验仪,将新鲜垃圾试样在100,200,400 kPa三个竖向压力作用下分别进行室内降解压缩试验。试验模拟了不同降解条件下填埋场垃圾的沉降过程,对比研究了压力对垃圾土长期沉降的影响。试验结果表明,当垃圾处于适宜的降解环境时,垃圾中有机物的生物降解导致沉降速率逐渐增大,产生比较显著的降解沉降。试样所受的压力越大,产生的主压缩应变越大,后期的降解沉降和蠕变沉降越小。随着时间的增加,压力对总沉降的影响相对减小。压缩参数与垃圾的降解状态有关,应变与时间对数曲线中在压缩前期和后期近似呈线性关系,压缩前期修正次压缩指数较小,后期垃圾加速降解时修正次压缩指数较大。     

考虑气固耦合填埋场沉降数学模型

为研究城市生活垃圾填埋场孔隙气压对沉降的影响程度，把填埋场简化为非稳定单向气体渗流场，采用Gibson和Lo一维压缩模型及U．S．EPA Landgem产气方程，结合达西定律、气体状态方程、有效应力原理和多孔介质流体动力学理论，建立了考虑气固耦合的填埋场沉降计算模型。填埋场的沉降按封场前和封场后2个阶段分别计算，封场前填埋场接受垃圾，堆填压力增加，而封场后的堆填压力保持不变。运用差分法求解的结果表明，填埋场垃圾体内孔隙气压与深度、时间和透气率等因素有关。封场前，气压随深度和时间的增加而增加：封场后，气压随时间逐渐消散。高透气率的填埋场有较高的气体消散速率。封场前气压的增加减小了填埋场沉降速率，从而导致填埋场的容量减少。提出在填埋场沉降计算和边坡稳定分析时考虑气压影响的必要性。     

考虑垃圾体沉降的生物反应器填埋场 渗滤液回灌运移规律

生物反应器填埋场在渗滤液的回灌过程中,垃圾体会产生较大的沉降变形,这主要是由于填埋体的自重和生物降解所致。由于沉降变形会导致生物反应器填埋场中垃圾体的孔隙比减小,孔隙比的减小会影响垃圾体的渗透系数和填埋场所能容纳的渗滤液量。为了研究考虑垃圾体沉降的生物反应器填埋场渗滤液回灌运移规律,根据质量守恒原理,以修正的Darcy定理为基础,结合Elagroudy等人提出的沉降模型,建立了考虑垃圾体沉降的生物反应器填埋场渗滤液回灌的计算模型,应用该模型研究了非饱和条件下渗滤液在生物反应器填埋场中的运移规律,分析了回灌强度、垃圾体初始孔隙比、初始含水率和组成成份等参数变化对垃圾体含水率和填埋场单位表面积回灌量的影响规律。     

考虑降解率下的垃圾土降解压缩量计算模型

从无机物质量不变出发,在考虑降解率与密度变化的情况下,围绕垃圾土的密度、质量与体积三者关系,结合由自配试样进行降解试验获得的降解率规律,推导了垃圾土一维降解压缩模型。研究结果表明,降解压缩量与初始时刻有机物的体积百分含量、降解率及初始高度有关,且成正比关系。利用该模型对重庆市某垃圾填埋场的有机物降解沉降量进行了计算,可以看出降解沉降量与时间呈指数函数关系,在填埋初期降解沉降速率较大,随着时间推移,降解沉降量趋于稳定。     

垃圾土蠕变-降解沉降特性试验研究

为了研究垃圾土蠕变降解沉降特性,选取重庆市某垃圾场典型试样,基于室内蠕变观测试验得到蠕变降解沉降过程曲线（0~330 d）,建立了符合其沉降变形特性的PTH计算模型,验证了该模型合理性,同时对沉降影响因素进行了详细分析。结果表明,因外部应力和内部蠕变降解引起的沉降总量可达试样高度的33.2%,渗滤液在前期的溢出量受外部荷载和有机物含量的控制;垃圾土中有机物的降解规律可用Richards 模型来表示,累计沉降量和累计渗滤液产量之间符合指数函数关系;有利于初期压缩变形和后期降解沉降的最优有机物含量区间为29.1%～36.47%;内部温度监测结果显示,20～41 ℃是一个可加快内部有机物降解速率的温度区间,且在41 ℃时作用最大。     

城市生活垃圾填埋场固液气耦合一维固结模型

建立了一维固、液、气三相耦合的大孔隙垃圾固结数学模型。把垃圾视为大孔隙介质,假定基质吸力等于0,即孔隙气压等于孔隙液压,把填埋场简化为非稳定单向渗流场。模型中采用了Gibson和Lo一维压缩流变模型及Landgem产气方程,结合了达西定律、气体状态方程、有效应力原理和多孔介质流体动力学理论。填埋场的沉降按封场前和封场后两个阶段分别计算,封场前填埋场接受垃圾,导致堆载压力增加,而封场后的填埋场堆载压力保持不变。垃圾堆填时产生的超孔隙压力按Hilf分析法计算。运用差分法对固、气耦合问题进行了数值求解。计算结果表明:气压随深度增加而增大,透气率大的填埋场其气压消散速率快。在堆填期,气压随时间增加而增大;封场后,气压逐渐消散。气压增加,导致填埋场沉降速率和容量减小。     

适宜降解条件下填埋场的沉降模型及案例分析

填埋场的沉降和容量分析对其填埋期及封场后的运营有着重要意义。综合比较了不同的填埋场沉降分析模型,总结了各种填埋体压缩试验和现场沉降监测结果。如果生物降解被抑制,蠕变引起的压缩量相对较小,大部分力学压缩将在较短时间内完成;完善并改进了生物降解压缩模型,并通过案例分析与现场孔隙比沿深度的变化进行了比较。该模型能用于描述常压力下的试样压缩,也能分析分层堆填填埋场的容量分析和封场后沉降,尤其适用于降解条件适宜的情况。模型中采用的参数可以通过压缩试验或反分析沉降资料的方法获得。通过案例分析发现,改善填埋期间填埋体的降解条件能够有效地提高填埋场的容量,减少封场后沉降的潜力。如果不考虑填埋过程、填埋高度、初始有机质含量、填埋场降解条件,即使有了一定的沉降观测资料,单纯采用经验公式去分析封场后沉降也并不合理。     

考虑垃圾体成层性的渗滤液回灌运移规律

渗滤液回灌不仅能处理渗滤液、节约费用和保护环境,而且加速了填埋场稳定化,增加了产气率。以上海某填埋场四期工程为计算模型,本文考虑垃圾土沉降导致的成层性,运用SEEP/W有限元软件模拟渗滤液喷洒回灌。垃圾土在自重作用下会产生较大的沉降变形,导致垃圾土的孔隙率随深度变化,残余含水量、饱和含水量及饱和渗透系数也随之变化。在数值模拟中,以VGM(van-Genuchten-Mualem)函数描述垃圾土渗透系数与基质吸力关系,以流量边界模拟填埋场顶部、底部的渗滤液回灌和导排,分析了回灌过程中渗滤液的饱和-非饱和渗流情况,进而探讨了垃圾土成层性、回灌强度和排水流量对渗滤液运移规律的影响。     

垃圾土中有机物降解引起的体积缩减量与时间的关系研究

基于自制的侧限压缩–降解仪,对不同降解条件进行模拟对比试验,系统地研究了不同降解条件下垃圾土中有机物的生物降解过程。试验中收集了生物反应气和渗滤液并测定了相关指标,观测了垃圾试样的竖向变形,利用生物反应器成功地模拟了填埋场生物反应的三个反应阶段:初始调整阶段、过渡阶段及产酸阶段。通过对比试验的方法直接得到了生物降解引起的体积缩减量,研究表明,生物降解引起的体积缩减量随时间的延长呈指数型增长,生物降解引起的体积缩减量占垃圾体积的24%左右,降解速率及体积缩减量随反应阶段的不同而有较大的差异,产酸阶段生物降解引起的体积缩减量占总的生物降解引起体积缩减量的70%左右。     

气压和温度变化共同作用下垃圾填埋场边坡稳定性研究

城市生活垃圾填埋场在高渗沥液水位情况下发生边坡失稳滑坡的工程事故已多次发生,初步分析认为滑坡由渗沥液水位、垃圾降解产气和温度升高等因素共同引起。目前尚未见考虑渗沥液水位、气压和温度共同影响填埋场边坡稳定性研究的报道。通过简化垃圾填埋场气压和温度分布的计算,利用瑞典条分法进行考虑渗沥液水位、气压和温度共同影响的填埋场边坡稳定性分析。计算结果表明:考虑气压和温度的影响使得填埋场边坡稳定安全系数降低24.7%～43.0%;建议在同时考虑渗沥液水位、气压和温度的影响进行填埋场边坡稳定分析时,控制最小安全系数大于1.0可保证填埋场安全运行。本研究可为垃圾填埋场的设计、施工和运行管理提供理论支撑。     

大型油罐CFG桩复合地基变形与承载性能试验研究

 兰州原油末站大型油罐群,是我国首次在饱和黄土地基修建的大型储油设施。由于天然饱和黄土地基承载力仅为60 kPa,采用CFG 桩复合地基。依托其中一座15×104 m3储油罐工程开展CFG桩复合地基变形与承载特性试验研究。在地基处理范围内埋设土压力盒、孔隙水压计、沉降计等测试元件。现场试验结果表明,CFG桩复合地基承载力特征值达到275 kPa。结合罐体充水试验研究CFG桩复合地基在罐体充水过程中桩土应力、孔隙水压力、沉降及油罐环墙基础变形的变化规律。结果表明,环墙基础最大沉降量为30 mm,最小为11 mm。实测油罐任意直径方向的沉降差最大值为16.0 mm,油罐沿周边弧长方向最大非平面倾斜值为0.002 46。CFG桩桩土应力比随荷载呈增大趋势,在最大试验荷载下达到12.6,油罐底部反力沿半径方向呈“V”型分布。研究表明采用CFG桩处理饱和黄土地基是可行的,试验研究成果对饱和黄土地基修建大型储油罐提供技术依据。     

渗滤液回灌的氨氮和凯氏氮变化规律

在渗滤液原液回灌和经好氧预处理后回灌两种情况下，考察了垃圾渗滤液中氨氮与凯氏氮浓度的变化规律。结果表明：渗滤液原液回灌会严重抑制垃圾中含氮物质的水解过程，而渗滤液经好氧处理后回灌则可显著加速垃圾中含氮物质的水解过程。     

寒冷地区垃圾渗滤液的回灌处理

在哈尔滨某地建立了室外模拟垃圾填埋场，进行了渗滤液回灌与不回灌的跟踪监测研究。结果表明：回灌能减量87．05％的渗滤液，明显改善渗滤液水质(显著降低COD、SS、NH4^ -N浓度，提高pH值)，降低渗滤液处理难度。     

粗粒盐渍土区既有高铁路基变形特性试验研究

为了探究某既有高速铁路路基变形特性,对路基填料进行了基础物理化学试验,得到了颗粒级配、最大干密度、最佳含水率和易溶盐含量等基本工程性质,然后选取典型标段路基填料,分别开展室内单次降温盐胀试验、溶陷试验、冻融循环试验和现场大型溶陷试验。结果表明:该段路基土体在单次降温试验中的最大盐胀率为0.96%,最大盐胀变形量与土样不均匀系数之间存在线性关系,土样最终盐胀量在很大程度上取决于土样级配和硫酸根离子含量; 在最不利工况下土样的最大溶陷系数为0.012,K87+950标段土样最终溶陷量最大,为5.67 mm,最大变形率为4.7%; K87+950标段路基变形量随温度变化呈现V形下降趋势,在第5次冻融循环周期相对融沉量达到最大,7次冻融循环后硫酸根离子沿土样高度呈现M形分布; 土样顶部接近制冷头部位的含水率明显增加,底部含水率减少,20～40 cm高度范围内土样含水率无明显变化,距土样顶部15～30 cm层位范围盐胀变形量最大; 由现场溶陷试验可知,注水量达到30 mm时,K31+000试验点路基溶陷量可达到最终溶陷量的80%,极端降雨不会引起该既有路基发生较大溶陷变形。     

中国青藏铁路北麓河路基冻土动应变速率试验研究

基于低温动三轴试验,研究中国青藏铁路北麓河路基冻结粉质黏土在轴向分级循环荷载作用下的变形特征。在不同负温、频率、围压、含水率条件下,考察冻土试件轴向残余应变时程曲线,获得轴向动应变速率受动应力幅值影响大,并随应力比增大而增大,随负温降低、频率升高、含水率增大而减小,随围压增加而线性增大的结论;据此,提出采用幂函数拟合应力比、负温、含水率、频率与轴向动应变速率之间关系,并合理解释冻土特有的振融沉陷的成因机理。有利于合理预测青藏铁路等实际工程在交通荷载作用下由冻土动力残余变形而产生的沉降量,并对于进一步研究冻土路基列车行驶振陷问题具有重要意义,且为建立冻土疲劳模型积累基础试验成果。     

低压环境下锂离子电池热失控特性研究

为了探究锂离子电池在不同环境压力下的热特性,实验通过动压变温实验舱和ISO-9705 烟气分析仪作为实验条件载体,对100% SOC（荷电状态）的18650 圆柱锂离子电池在不同环境压力（30、50、70、90 kPa）下进行热失控实验。结果表明,无论是常压还是低压环境下,由外部热源引起热失控都可分为三个阶段;随着环境压力的降低,电池表面中心峰值温度、热释放速率、总热释放量均降低,燃爆响应时间点延长;在30 kPa 时燃爆响应时间点为515 s,比90 kPa 条件下延长了348 s;90 kPa 时电池热表面峰值温度为703 ℃,是30 kPa 环境压力下的1.299 倍;随着环境压力的下降,CO 气体的释放量逐渐增加,CO2、CxHy 的释放量逐渐减少。可见常压环境下锂离子电池表现出更高的热危害性,低压环境下表现出更大的毒危害性风险。