城市垃圾填埋场地震变形机理的振动台模型试验研究

城市垃圾填埋场是环境岩土工程研究领域面临的新问题,对其地震变形机理尚缺乏深入的了解,迄今难以建立专门的地震稳定性评价体系.针对垃圾填埋场的工程特性,精心设计8个大比尺模型进行振动台试验,采用类比方法并运用一些试验新技术,再现垃圾填埋场的震害现象,揭示沿基础衬垫层和封顶覆盖层的接触面发生较大相对滑移是地震作用下垃圾填埋场的主要破坏模式,其中封顶覆盖层的破坏模式再次印证"双滑楔体"假定;由于垃圾土低密度、高压缩性,以及垃圾填埋场具有特殊的防渗层结构等特点,垃圾堆体内部不容易出现明显的滑裂面;定性和半定量地考察、研究封顶覆盖层和基础坡比、垃圾堆体密度、接触面强度参数、地震波频谱特性等因素对垃圾填埋场地震响应及其破坏的影响.     

垃圾坝和界面强度对填埋场沿底部衬垫系统滑动的影响

为研究垃圾坝和界面强度对填埋场沿底部衬垫系统滑动的影响,将填埋场分为主动楔体、被动楔体和垃圾坝3个部分,对其进行极限平衡分析,建立平衡方程,求解填埋场的安全系数。考虑条间力的变化,可以计算填埋场的最大安全系数FSmax和最小安全系数FSmin,并且采用平均安全系数FSave来代替真实安全系数FStrue。填埋场的安全系数随着垃圾坝高度和底部摩擦角的增加逐渐增大,如果不考虑垃圾坝的作用,填埋场的稳定计算偏于保守。具有最小安全系数的潜在滑动面并不能仅仅通过比较衬垫中不同界面的黏聚力和内摩擦角来确定,随着衬垫界面摩擦角和黏结力的增加,FSave都在逐渐增大,衬垫界面黏结力对填埋场的整体稳定性影响较大,尤其是对于摩擦角较小、黏结力较大的情况。     

设垃圾坝填埋场的三楔体滑动分析

 提出新建及扩建设垃圾坝填埋场的三楔体极限平衡分析法，给出安全系数的近似解，使得填埋场沿背部、底部及垃圾坝内坡处衬垫界面的三折线型滑动分析大为简化，发现其具有较好的工程适用性。该方法与精度较高的Spencer法所给出的计算结果吻合良好，且能考虑填埋体内摩擦角的影响。研究结果显示，衬垫界面的强度直接影响填埋体沿衬垫界面的稳定性，而填埋场各坡坡度、填埋场高度和宽度以及垃圾坝的高度对安全系数均有较大的影响。对扩建填埋场的分析结果表明，扩建填埋体沿新老场交界面的安全系数较低，在扩建填埋场的设计中应引起重视。另外，扩建填埋场的横向扩建宽度越大，则其界面安全稳定性越好。     

边坡地震稳定性分析的拟静力方法适用性研究

针对拟静力方法是否适用于水平设计加速度值较大条件下的地震边坡稳定性分析问题,选取两个典型均质土坡,分别采用极限平衡毕晓普方法与FLAC 2D强度折减方法进行了不同水平设计加速度条件下,地震边坡抗滑稳定性安全系数以及临界滑动面的变化趋势,研究结果发现:对于粘聚力较小的均质土坡而言,无论是极限平衡毕晓普法还是FLAC 2D强度折减法,静力条件下的临界滑动面较浅,随着水平设计加速度值的逐渐增大,地震边坡抗滑稳定安全系数逐渐减小,极限平衡毕晓普法得到临界滑动面基本保持不变,FLAC 2D强度折减法得到的剪应变云图逐渐变窄;对于粘聚力较大而摩擦角较小的均质土坡而言,静力条件下的临界滑动面较深,两种方法下,随着水平设计加速度的增加,抗滑稳定安全系数逐渐减小,临界滑动面逐渐加深,当水平设计加速度值增加到一定程度后,拟静力方法不再适用于地震边坡稳定分析。     

考虑衬垫布置型式的平原型填埋场动力响应与变形分析

填埋法是我国垃圾的主要处置手段,衬垫系统是垃圾填埋场的重要部分。衬垫界面的动力剪切强度较低,在地震作用下填埋场极易沿衬垫界面发生整体失稳破坏。首先建立了界面动力模型和垃圾土黏弹性动力本构,考虑光面衬垫和糙面衬垫的差异性,建立了四种不同衬垫布置形式平原型填埋场动力分析模型,研究衬垫布置形式对平原型填埋场动力稳定性的影响。研究结果表明,衬垫布置形式对平原型填埋场顶部的动力响应与变形影响不大,采用糙面衬垫布置形式能够大幅减小平原型填埋场底部位置的永久变形,有利于提升填埋场的动力稳定性,对平原型填埋场衬垫系统的抗震设计有指导意义。     

地形和土层参数对边坡屈服加速度及滑动面影响研究

采用有限差分软件FLAC 2D研究了不同地形和土层边坡的稳定性参数及滑动面特性。基于Mohr-Coulomb强度理论,通过拟静力法逐步增加水平向惯性力得到边坡屈服加速度,通过识别坡体最大剪应变增量位置确定边坡临界滑动面形状。分析不同坡高、坡角以及土体特性参数条件下边坡安全系数、屈服加速度及滑动面几何形状变化规律,得出了一些有意义的结论。     

隔震层屈服系数对基础隔震结构性能的影响

为研究隔震层屈服系数对采用橡胶隔震支座的基础隔震多层结构水平向地震反应的影响,首先对单质点体系在不同屈服系数下的地震反应规律进行分析,包括按等效线性化反应谱法简化计算和按时程分析法计算。然后以一个多层隔震结构为例,研究多质点体系在不同屈服系数下的地震反应规律。同时,分析在不同支座压应力和地震输入强度下的相关性。分析结果表明:对应最小水平向减震系数,存在一个最优隔震层屈服系数区间,且隔震支座平均压应力越小,最优屈服系数越大;隔震层水平位移随隔震层屈服系数的增加而减小;隔震层和各楼层最小水平向减震系数对应的最优屈服系数不同;随着隔震层屈服系数的增加,上部各楼层的水平加速度也相应增加,表现为中间层增幅小、顶层和隔震层增幅大。水平地震输入峰值加速度越大,最小水平向减震系数对应的隔震层最优屈服系数越大,建议参考罕遇地震作用下的地震反应评估隔震装置的隔震效果。     

垃圾填埋场衬垫层榫卯式锚固结构设计与试验研究

在城市生活垃圾填埋场中,为了保证衬垫层在垃圾荷载以及填埋作业车辆荷载作用下的完整性和稳定性,需要在边坡的顶端或分段边坡的平台处设置锚固区对衬垫层进行锚固.传统沟槽锚固体系工程量较大,衬垫层上混凝土浇筑养生工期长,衬垫层发生破坏时维修加固困难.为解决此问题,设计了一种可采用预制装配式施工的衬垫层榫卯式锚固结构,并制作模型进行了加载试验,以评价其锚固性能.试验结果表明,所设计的榫卯式锚固结构具有足够的锚固能力,能够满足工程需要,结构设计所考虑的固定机理充分发挥了作用.     

垃圾填埋场衬垫层榫卯式锚固结构设计与试验研究

在城市生活垃圾填埋场中,为了保证衬垫层在垃圾荷载以及填埋作业车辆荷载作用下的完整性和稳定性,需要在边坡的顶端或分段边坡的平台处设置锚固区对衬垫层进行锚固.传统沟槽锚固体系工程量较大,衬垫层上混凝土浇筑养生工期长,衬垫层发生破坏时维修加固困难.为解决此问题,设计了一种可采用预制装配式施工的衬垫层榫卯式锚固结构,并制作模型进行了加载试验,以评价其锚固性能.试验结果表明,所设计的榫卯式锚固结构具有足够的锚固能力,能够满足工程需要,结构设计所考虑的固定机理充分发挥了作用.     

在水平和竖向地震加速度综合作用下的土壤滑坡

土工结构的传统设计方法是以采用水平地震作用系数的拟静力稳定分析为基础的。本论文研究了斜坡在水平和竖向加速度的综合作用下的稳定性和永久位移。采用的是对数螺旋线的破坏机理。试验结果表明，地震作用对斜坡的稳定性和永久位移有显著影响。对参数的研究表明如果相应的水平加速度较大，则竖向加速度对稳定性和永久位移有重要影响。     

人工土山的地震永久变形分析

人工土山的地震稳定性评价是其设计与建造过程中的关键问题之一,目前还没有得到很好地解决。采用等效黏弹性分析理论和Newmark滑块位移法对土山的地震永久位移进行研究,分析了不同高度、坡度和地震动条件下人工土山的地震永久位移。发现当坡度较缓时,山坡最大位移滑块和拟静力法的最危险滑块不论是所处位置还是大小均有较明显差别。最后,根据土山最大地震永久位移量和屈服加速度的关系,提出利用屈服加速度估算人工土山地震永久位移的简便计算方法。     

在水平和竖向地震加速度综合作用下的土壤滑坡

土工结构的传统设计方法是水平以地震作用系数的拟静力稳定分析为的基础的。本论文研究了以在水平和竖向加速度的综合作用下的稳定性和永久位移。采用的是对数螺旋线的破坏机理，试验结果表明，地震作用对斜坡的稳定性和永久位移有显著影响。对参数的研究表明如果相应的产加速度较大，别竖向加速度对稳定性和永久位移有重要影响。     

垃圾填满场防渗层结构探讨

城市生活垃圾卫生填埋场的防渗处理是指采用工程措方缸．通过建立一种水力屏障来隔离垃圾因填埋而产生的渗滤液、填埋气体等对填埋场周围水体、土壤的污染。填埋场的防渗处理技术主要有垂直帷幕灌浆防渗处理技术和人工合成衬层膜水平防渗技术。     

对数螺旋线破坏下加筋边坡地震稳定分析

以拟静力法的理论框架分析了土工合成材料加筋边坡对数螺旋线破坏模式下的地震稳定性,整个计算过程采用极限分析的动力学理论,推导出的表达式能够容易地计算出地震荷载作用下为阻止边坡破坏所必需的加筋力和屈服加速度系数。     

直线破坏模式下加筋边坡的地震稳定分析

以拟静力法的理论框架分析了土工合成材料加筋边坡直线破坏模式下的地震稳定性,整个计算过程采用极限分析的动力学理论,推导出的表达式能够容易地计算出地震荷载作用下为阻止边坡破坏所必需的加筋力和屈服加速度系数的闭合解。     

垃圾填埋场沿底部衬垫系统破坏的稳定性分析

为研究垃圾填埋场沿底部衬垫系统破坏的稳定性,将填埋场分为主动楔体、被动楔体和垃圾坝三部分。对它们进行极限平衡分析,建立平衡方程,求解填埋场的稳定安全系数。考虑条间力的变化,可以计算填埋场的最大、最小安全系数Fmax和Fmin,采用平均安全系数Fave来代替真实安全系数Ftrue,研究发现,Fave和Ftrue的最大相对误差不超过5%。Fmax随着城市固体废弃物内摩擦角φsw的增加逐渐增大,而Fmin随着内摩擦角φsw的增大并不改变;Fmax、Fmin和Fave都随着垃圾坝高度H2和底部摩擦角δDA的增加逐渐增大,垃圾坝对填埋场的稳定性有较大影响。     

复杂荷载作用下填埋场HDPE土工膜受拉计算

采用FLAC程序对典型荷载作用下城市垃圾填埋场HDPE土工膜的受力状况进行了计算分析。3种荷载条件包括:36 m高垃圾堆体自重荷载(分层填埋);下卧软弱黏土层不均匀沉降引起的荷载;地震引起的动力荷载。计算结果显示:①土工膜内的拉应力随着垃圾土分层填埋、基础不均匀沉降、地震荷载的作用而积累;②基础不均匀沉陷是影响衬垫层土工膜局部拉应力的主要因素;③中等强度水平的地震动输入(例如,峰值加速度为0.25g)可使覆盖层土工膜端部锚固位置拉应力超过极限拉应力。     

非饱和土的滞水试验及其在垃圾填埋场防渗层中的应用

根据大量室内不同试验方法的滞水试验,给出了两种非饱和膨胀土的水力特征曲线,揭示了其含水量与吸力的关系.对同一种土样,在吸力较低时,采用不同试验方法可得到不同的S-W曲线.试验结果还说明采用非饱和粘土,特别是非饱和膨胀土作为垃圾填埋场的防渗隔离层,可以更有效地防止垃圾填埋场周围的土壤和地下水遭到污染.在防渗隔离层的设计中,控制防渗层非饱和土材料的吸力大小具有重要意义.     

固体废弃物填埋场堆体稳定性评价及加固措施研究

一、立项背景 目前我国各大、中型城市正在运营的440多个城市生活垃圾卫生填埋场,每年处理垃圾6865万吨,占垃圾清运总量的87.7％.随着城市生活垃圾产量的快速增长和垃圾填埋场的填埋量增加,垃圾堆体高度逐渐增加,填埋场内渗滤液水位随之增加,垃圾填埋场的堆体稳定问题逐渐凸现出来.按新标准建设的固体废弃物填埋场普遍采用水平衬垫系统,该系统界面间的抗剪强度较低,成为填埋场稳定的薄弱环节.另外,国内许多填埋场运营过程中同时填埋城市污水污泥,其强度极其软弱对垃圾堆体稳定性也造成了不利的影响.因此有必要研究能够反映出填埋场堆体失稳模式的稳定分析方法及参数取值,评价现状及后续填高垃圾堆体的稳定性,提出有效的加固措施和稳定控制标准.分析和评价污泥坑对垃圾堆体的安全稳定的影响,提出污泥坑固化处理技术要求,并提出垃圾堆体稳定安全监测方法.     

基于等代加速度的地下洞室抗震简化设计法

在基于性能的地震工程框架之下,地下洞室的地震稳定性评价方法可根据掌握难易程度、计算工作量、结果详尽程度划分为简化及精细两类方法。而当前对地下洞室的地震稳定性研究多针对动力数值方法,也即精细化分分析方法,而对简化设计方法设计较少。针对这一现状,引入拟静力形式的等代加速度法,对于等代加速度法应用于地下洞室群地震响应分析的一些问题进行了探讨。并在考虑洞室埋深和岩体性质的基础上,基于位移等效原则,通过数值试算,得到等代地震加速度修正系数的取值范围与回归公式。结果表明,当采用修正系数对利用等代地震加速度得到的结果进行修正后,与动力时程计算得到的结果吻合度较好。本文的研究内容为地下洞室地震稳定性的简化设计分析提供了一种新的思路。