城市垃圾填埋场主压缩沉降的试验分析

为了研究城市垃圾填埋场主压缩沉降对总沉降的影响,并对主压缩沉降作出准确的预测,通过对垃圾试样的压缩试验及理论分析,采用最小二乘法对试验数据的拟合曲线进行优化,建立了城市垃圾填埋场主压缩沉降的计算模型,该模型避免了主修正压缩指数难以确定的问题。结果表明:垃圾试样在整个压缩过程中的修正主压缩指数并非常数,修正主压缩指数与垃圾试样的初始干密度有关;利用垃圾试样初始干密度建立起来的主压缩沉降的计算模型对实际主压缩沉降进行预测,得到了较为满意的结果。     

城市生活垃圾降解压缩试验仪研制及应用

为了研究城市生活垃圾降解与填埋场沉降关系问题,研制了一台垃圾降解压缩试验仪。该仪器具有温度控制、渗滤液回灌、加压、气体和液体收集等功能。5kg垃圾试样装入直径为190mm的土样室(试样初始高度为320mm),在150kPa压力下进行一维降解压缩试验。试验检验了温度、回灌、气压等因素对降解速率的影响程度。试验结果表明,温度是影响降解的主要因素,回灌能加快产气速率,在400kPa的气压下(绝对气压),降解仍能继续进行。在温度为41℃和回灌的条件下,6个月后降解已基本完成;气相色谱/质谱分析结果表明,气体组分主要为CH4、CO2和H2O。降解完成后,总的变形量为142mm,其中主压缩变形量为65mm,次压缩变形量为77mm。提出了在填埋场沉降计算时考虑气压影响的必要性。     

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。     

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。     

酸性环境对原状黄土结构性的影响研究

为了研究酸性环境对原状黄土结构性的影响,通过室内侧限压缩试验及常规三轴试验,构建了侧限条件和三轴条件下的结构性参数,分析研究了不同压力条件下酸性环境对原状黄土变形特性和结构性的影响。试验结果表明:在侧限压缩条件下,当压力小于100kPa时,浸酸试样的压缩性明显大于浸水试样的压缩性,随着压力的增大,浸水试样和浸酸试样沉降量逐渐趋于一致。在低压下,浸酸浓度越大,其压缩结构性参数越小。在压力较大时,两种浸酸试样结构性参数基本趋于一致,且小于浸水试样的结构性参数。在三轴条件下,围压一定时,结构性参数随着含水量的增大而减小。含水量一定时,结构性参数随着围压的增大而减小。不同围压下,浸酸浓度对原状试样的结构性参数影响不同。     

高填方土石混合料强度与变形特性及沉降预测研究

 为解决高填方土石混合料强度与变形计算难题,对不同初始含水量不同初始干密度的土石混合试样进行剪切试验和压缩试验,深入分析不同土石比试样的强度与变形特性随初始参数的变化规律。结果包括：(1) 初始压实度越小的试样侧限压缩应变越大,初始含水量越大的试样侧限压缩应变越大;压缩系数随竖向压力的增大整体先增大后减小,压缩模量随竖向压力的增大整体呈增大趋势;(2) 类似高填方工程中填筑体初始压实度宜控制在0.93以上,初始含水量控制在最优含水量±(2%～3%),土石比控制为2∶8～4∶6;(3) 粉质黏土和砂质泥岩混合料压实土的干密度与竖向压力之间呈幂函数关系,建立由填土层的初始状态和所受荷载预测填筑土层强度和沉降量的算法;(4) 考虑初始状态的填方沉降预测方法是合理的,采用其略微偏大的变形计算结果进行高填方设计或施工,可使得高填方地基质量控制偏于安全;(5) 最优含水量范围内不同压实系数引起的沉降差异较小;随着压实系数的增大,地基沉降变形明显减小;土石比为2∶8时压实度增大对地基沉降的影响程度大于土石比为4∶6的高填方地基。研究成果可用于土石混合料高填方地基变形分析与计算。     

尾砂胶结充填体裂纹演化多尺度特征

为了研究尾砂胶结充填体在单轴压缩作用下的裂纹演化特征,利用电子万能试验机、声发射、扫描电镜和DIC技术开展单轴受载胶结充填体损伤试验,探究胶结充填体从微裂纹的萌生、扩展、贯通,直至宏观裂纹产生的多尺度演化过程。研究表明：(1)试样单轴压缩过程中破坏模式属于延性破坏,裂纹贯通形式为剪切贯通。(2)胶结充填体内部微裂隙、孔洞呈弥散、随机分布,内部形态多以块状、团状、片网状存在,内部结构较致密,整体性较好。(3)加载初期试样裂纹扩展为张拉裂纹,后期裂纹扩展为剪切裂纹,二者共同作用产生了宏观主裂纹与次裂纹,裂纹间的贯通最终导致试样破坏。(4)同一时刻不同监测点的应变变化与其所处的试样空间位置有关,越靠近试样下端面,应变越大,应变变化幅度也越大;试样存在临界破坏区域,使得弹性与塑性应变、应变增幅之间存在明显的差异性。     

高有机物含量新鲜生活垃圾压缩与渗透相关特性试验研究

为研究垃圾填埋场渐进堆高过程中垃圾的渗透特性及变化规律,考虑垃圾压缩过程中压力、压缩时间、压缩应变及密度变化等因素的影响,采用自主研发的压缩与渗透联合测定试验仪器,在环境土工实验室,对31个试样180组高有机物含量新鲜生活垃圾进行系统的室内试验研究。压缩试验过程采用6级压力(0,25,50,100,200,300 k Pa),每级压力采用6个不同的压缩时间(0,1,2,6,12,24 h);渗透试验过程考虑6个水力梯度。试验结果表明:(1)存在临界水力梯度,只有当水力梯度超过临界水力梯度后,垃圾才会发生渗流。(2)渗透速率与水力梯度的关系可拟合为一条直线,符合达西渗透定律;(3)渗透速率与压力的关系可以拟合为指数函数,拟合系数大于0.93;(4)渗透系数的对数与密度的关系可以拟合为一条直线,拟合系数大于0.98,给出了直线关系表达式;(5)渗透系数的对数与压缩应变的关系也可拟合为一条直线,拟合系数大于0.97,给出了直线方程。试验结果可为垃圾填埋场的渗透性分析提供参考。     

冻融循环后高温冻结粉土在循环荷载下的动力特性试验研究

对经过10次冻融循环的青藏人工冻结粉土试样在-1℃恒温状态下进行了3Hz和5Hz两种加载频率、不同动应力幅值的单轴循环动荷载压缩试验。试验结果表明:冻融循环后高温冻结粉土的累积应变随着振动次数的增加呈增长的趋势,在相同的振次时,动荷载应力幅值越大,累积应变越大;频率越高,临界动应力越小;初始阶段应变速率随时间的增大而减小,但随着振动时间的增加,破坏型曲线的应变速率达到一个最小值后开始增大,稳定型曲线的应变速率则在一定幅度的范围内波动;在振动时间相同时,动应力幅值越大、动荷载振动频率越高,应变速率越大;动应力幅值越大,破坏应变越大,破坏时间越短;同一动应力幅值下,频率越高,破坏时间越短。     

填埋场斜坡上土工膜受力特性的离心模型试验研究

由于垃圾土沉降大,斜坡上土工膜易受到较大下拽力而破损,影响衬垫系统防渗功能。通过离心模型试验对填埋场斜坡上土工膜在垃圾土重力和沉降作用下的拉力和应变进行了研究,并通过FLAC数值对比分析,可获得如下结论：试验采用的模型垃圾土能很好地模拟现场垃圾土,模型土最大沉降量可达土层厚度的20%;土工膜存在中性点,以中性点为界土工膜可分为受拉区和受压区,中性点的位置与坡度和沉降有关,从坡顶到中性点拉应变逐渐变小,从中性点到坡脚压应变先增大后减小;坡度和沉降是影响土工膜拉力发展的重要因素,坡度或沉降越大,拉力越大,沉降是通过改变界面强度的发挥程度来影响土工膜拉力的发展;当采用单糙面土工膜（上光下糙）时,外部作用力很难向土工膜下界面传递,土工膜锚固端拉力几乎为零。     

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。     

城市固体废弃物中孔隙水压力的试验研究

通过对室内配制的4组不同配比的城市固体废弃物(MSW)进行的三轴固结排水试验,得出孔隙水压力与时间、轴向应变的关系曲线。试验结果表明:城市固体废弃物中也存在孔隙水,但与土中的孔隙水有很大的不同。城市固体废弃物中的孔隙水压力分布很复杂,存在于孔隙中、不透水材料之上、有机质中,且沿深度方向并不呈线性分布,也不是连续的。因此土力学中的有效应力原理不适用于城市固体废弃物。建议不考虑城市固体废弃物中的固结,而将沉降分为压缩和生化降解两部分。     

Numerical study of strain development in high-density polyethylene geomembrane liner system in landfills using a new constitutive model for municipal solid waste

Tensile strain development in high-density polyethylene (HDPE) geomembrane (GMB) liner systems in landfills was numerically investigated. A new constitutive model for municipal solid waste (MSW) that incorporates both mechanical creep and biodegradation was employed in the analyses. The MSW constitutive model is a Cam-Clay type of plasticity model and was implemented in the finite difference computer program FLAC?. The influence of the friction angle of the liner system interfaces, the biodegradation of MSW, and the MSW filling rate on tensile strains were investigated. Several design alternatives to reduce the maximum tensile strain under both short- and long-term waste settlement were evaluated. Results of the analyses indicate that landfill geometry, interface friction angles, and short- and long-term waste settlement are key factors in the development of tensile strains. The results show that long-term waste settlement can induce additional tensile strains after waste placement is complete. Using a HDPE GMB with a friction angle on its upper interface that is lower than the friction angle on the underlying interface, increasing the number of benches, and reducing the slope inclination are shown to mitigate the maximum tensile strain caused by waste placement and waste settlement.     

城市固体废弃物动力特性试验研究

参照杭州天子岭填埋场城市固体废弃物(MSW)主要成分,人工配制固体废弃物试样,利用中型动三轴试验仪研究其在较大应变范围内MSW的动力特性。MSW的动剪切模量Gd和阻尼比D随着动剪应变γd的变化曲线与泥炭土的相关曲线形状基本一致,并且在相同应变时数值相差不大。在相同的动剪应变水平下,随着围压的增大,Gd增加而D减小;当动剪应变增大时,Gd减小而D增大。由于MSW的高压缩性,初始孔隙比不同对试样的动力特性影响不大。同时进行了现场剪切波速试验,确定了最大动剪切模量Gdmax的估算式。为便于应用,建议了归一化Gd和D与动剪应变依赖关系的取值范围和平均值曲线,并将其与OII填埋场MSW动力特性的研究结果进行对比,可以看出MSW的成分对其动力特性的影响还是比较大。     

新鲜生活垃圾抗剪强度参数变化规律研究

在环境土工实验室,人工配制新鲜生活垃圾试样,采用大型压缩与直剪联合测定仪器,对288个垃圾试样抗剪强度参数的变化规律进行了研究。将生活垃圾分为3大类,模拟城市经济发展的不发达、发展中及发达3个阶段,将生活垃圾分为3大配比。试验采用3种初始孔隙比(2.1,2.5,2.9)、4级竖向压力(25,50,100,200 k Pa),每级压力作用下的时间分别为0,0.25,0.5,1,2,6,12,24 h,研究了10种剪应变限值(2%,4%,6%,8%,10%,12%,14%,16%,18%,20%)新鲜垃圾的抗剪强度参数。试验结果表明,新鲜垃圾的抗剪强度与竖向压力可以拟合为一条直线,符合库仑定律。随着剪应变限值的增加,抗剪强度参数c值和φ值均有增加的趋势,符合对数模型。给出了不同因素影响下,新鲜生活垃圾c值和φ值的取值范围,c值在6.14~34.17 k Pa之间、φ值在4.1°~30.6°之间。     

城市固体废弃物中竖向应力沿深度方向变化规律的试验研究

城市固体废弃物中竖向应力沿深度方向的变化规律是应用MSW沉降模型计算废弃物沉降的重要依据。本文采用了河海大学研制的MSW室内柱状沉降仪进行了人工配比的MSW填埋试验。在沉降桶的底部安装了荷载传感器,测出填埋层顶部所施加竖向荷载沿深度方向的变化值。推导出Powrie和Beaven在1999年得到的竖向有效应力沿深度方向的应力传递公式,计算出荷载沿深度方向分布的计算值。结果表明,实测值和计算值相当吻合。     

城市生活垃圾填埋场沉降分析与计算

城市生活垃圾填埋场无论在填埋过程中还是封顶后都会产生显著的沉降.填埋场的沉降一方面可以增加场区的垃圾消纳量,另一方面将对填埋场的维护和场地再利用产生不利影响.垃圾填埋体的沉降受垃圾土的自重压缩和有机质降解的综合影响.本文从分析填埋场沉降机理人手,提出填埋体的沉降由主沉降、次沉降和有机物分解沉降三部分组成,并给出了沉降估算公式;结合工程实例分析了填埋体的沉降过程,计算表明,一座设计容量为472万m3,设计填埋高度73m的填埋场的扩容率可达97%;封顶后的最终沉降约为填埋高度的10%.文中提出了实行分区填埋、分层压实和加速有机物分解等控制填埋场沉降的建议.     

不同配比下机场高填方边坡重塑土变形特性研究

为研究不同配比下某机场高填方边坡重塑土体在最优含水率条件下的压缩变形特性,采用固结仪对40组160个试样进行压缩试验,总结出孔隙比 垂直荷载曲线变化规律。通过分析土体在侧限条件下垂直压应力与垂直压应变关系,拟合出最佳应力 应变曲线公式,并推导出试验土体所符合的本构关系,最后进行沉降预测。结果表明:粉质黏土与红砂岩质量比为2∶8的土体压缩性比质量比为4∶6的土体压缩性低,更适合做高填方填料;不同配比的土体在各压实度下的应力 应变曲线均符合双曲线函数模型;相对于规范推荐法,采用割线模量法得到的沉降量计算值与实测值更为接近,具有较好的适用性。     

Engineering properties for high kitchen waste content municipal solid waste

Engineering properties of municipal solid waste(MSW) depend largely on the waste's initial composition and degree of degradation.MSWs in developing countries usually have a high kitchen waste content(called HKWC MSW).After comparing and analyzing the laboratory and field test results of physical composition,hydraulic properties,gas generation and gas permeability,and mechanical properties for HKWC MSW and low kitchen waste content MSW(called LKWC MSW),the following findings were obtained:(1) HKWC MSW has a higher initial water content(IWC) than LKWC MSW,but the field capacities of decomposed HKWC and LKWC MSWs are similar;(2) the hydraulic conductivity and gas permeability for HKWC MSW are both an order of magnitude smaller than those for LKWC MSW;(3)compared with LKWC MSW,HKWC MSW has a higher landfill gas(LFG) generation rate but a shorter duration and a lower potential capacity;(4) the primary compression feature for decomposed HKWC MSW is similar to that of decomposed LKWC MSW,but the compression induced by degradation of HKWC MSW is greater than that of LKWC MSW;and(5) the shear strength of HKWC MSW changes significantly with time and strain.Based on the differences of engineering properties between these two kinds of MSWs,the geo-environmental issues in HKWC MSW landfills were analyzed,including high leachate production,high leachate mounds,low LFG collection efficiency,large settlement and slope stability problem,and corresponding advice for the management and design of HKWC MSW landfills was recommended.