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。     

垃圾填埋场沉降变形条件下气-水-固耦合动力学模型研究

基于多孔介质流气–水–固耦合和微生物降解理论,建立描述这一复杂动力学行为的二维气–水–固耦合数学模型,并给出耦合模型的数值格式。通过数值仿真实现垃圾填埋体的变形沉降及气体产生和迁移演化过程的可视化,得到气体压力及产气量随填埋年份的变化规律。数值计算结果表明:填埋体内总应力及孔隙度的改变与垃圾降解变化规律一致;抽气过程使场内气体压力得到释放;由于沉降作用填埋场内水相饱和度有增大的趋势,其中底部变化较顶部明显;此外,气井产量的变化与气体迁移单相模型的计算结果基本吻合,验证耦合模型的可靠性,其研究成果为垃圾填埋场沉降控制与气体资源化利用提供技术支持和理论依据。     

垃圾渗滤液污染的耦合动力学行为及数值模拟

垃圾渗滤液在填埋场中的运移过程受复杂地质环境（渗流场、应力场和浓度场）作用的影响。基于多孔介质流-固耦合及溶质运移理论，建立了垃圾渗滤液运移过程的多场耦合数学模型，并采用P-R隐式差分方法，给出了耦合模型的数值格式。通过编制的计算程序，对多场耦合作用下填埋场内渗滤液的浓度分布进行了动态模拟。模拟结果表明：随着时间的推移，对流作用对渗滤液迁移的影响更加明显；应力场耦合作用下的浓度变化速率相对降低，主要是由于考虑骨架变形后，孔隙介质渗透率的降低直接导致流体平均流速减慢而造成的。因此，对渗滤液迁移规律的研究必须同时考虑渗流场、应力场和浓度场的耦合作用，以此为准确预测渗滤液的污染情况提供更可靠的理论依据。     

垃圾土沉降的Logistic模型应用研究

垃圾土的沉降是卫生填埋场沉降机理设计时需考虑的一个重要因素。通过对垃圾土沉降的分析,指出垃圾土的沉降机理相当复杂,与土的沉降机理不尽相同。分析了现有垃圾土沉降模型计算存在的问题。采用使观测值和预测值残差平方和达到最小的方法对Logistic模型求取参数,并应用于香港Sai Tso Wan垃圾填埋场及巴西Bandeirantes填埋场封场期后的沉降预测研究。结果表明,只要选取合适的参数,可以克服现有沉降计算模型的缺陷,大幅度提高垃圾土封场期后沉降值的预测精度。     

真空-堆载联合预压加固软基的特点和应用

介绍了真空-堆载联合预压法的发展概况及特点。结合现场监测数据,对真空-堆载联合预压加固区的地表沉降、分层沉降、孔隙水压力随时间的变化规律进行分析。结果表明：真空堆载联合预压能加快地基沉降的速率,大幅消除地基沉降,减少工后沉降量,是一种行之有效的软土地基处理方法。联合堆载预压阶段,真空预压引起的负的超静水压力与堆载引起的正的孔隙水压力不会抵消,也不是两者简单的叠加。     

高铁不同刚度桩-网复合地基工作性状差异

结合沪宁城际铁路CFG桩网复合地基试验段和京沪高铁砂桩网复合地基昆山试验段,在现场试验断面埋置土压力盒、沉降计和孔隙水压计等监测仪器,获取地基沉降、桩和桩间土压力、孔隙水压等监测数据,对比分析CFG桩与砂桩网在高速铁路地基工作性状及工后沉降控制效果中的差异。分析结果表明:CFG桩网和砂桩网联合堆载预压均可满足高速铁路无砟轨道工后沉降控制要求,CFG桩网复合地基沉降总量与沉降速率均小于砂桩网复合地基,且收敛速度快;受桩刚度差异的影响,CFG桩网复合地基与砂桩网复合地基桩土应力规律存在较大差异,前者桩土应力比随着路堤填筑加载而增大,最终趋于稳定,后者桩土应力比随荷载增加先增大后减小,再增大,呈波浪形变化;CFG桩网地基超孔压消散速率远小于砂桩桩网地基的超孔压消散速率;在施工工期较短的情况下,与砂桩网复合地基相比,CFG桩网复合地基处理技术的工后沉降控制效果更优。     

线性堆载下软黏土一维电渗固结理论与试验分析

 考虑线性堆载下水流和电流的相互作用以及孔隙水压力的消散情况,通过将单向渗流固结过程的普遍方程推广到电渗领域,建立线性堆载下软黏土一维电渗固结方程,并给出阴极排水、阳极不排水和阴阳极都排水2种情况下孔隙水压力和平均固结度的解析解。通过参数和试验分析,研究最大堆载和加载速率对孔隙水压力消散的影响,以及电压对理论固结度和试验固结度的影响,绘制不同最大堆载和加载速率时,单面排水和双面排水下孔隙水压力消散曲线、不同电压下理论固结度和试验固结度变化曲线。结果表明：最大堆载和加载速率越大,孔隙水压力消散得越快,同时最大堆载和加载速率对双面排水的影响要比对单面排水的更大;电源电压越大,理论固结度和试验固结度的增长速度都越快,在相同时间段内试验固结度的变化幅度小于理论固结度的变化幅度。     

真空预压联合堆载法加固吹填淤泥地基室内试验研究

针对传统真空预压法加固吹填淤泥地基过程中,存在真空应力小,孔隙水压力消散过慢,深层土体加固效果欠佳,加固后地基标高不够等缺陷,提出了真空预压联合堆载法,即在真空预压真空度稳定后通过堆载满足后期机械进场施工之前宕渣所需的回填,分别采用5Kpa、10Kpa、15Kpa的砂袋堆载方式进行,以增加地基土的标高和总应力,从而增大了排水效率,快速有效的加固了吹填土。试验结果表明,采用真空预压联合堆载法能够加快孔隙水的消散,加速了土体的固结,加固后的土体剪切强度、含水量均优于普通真空预压法,说明真空预压联合堆载法能够更好的加固吹填土淤泥地基。     

分层堆填条件下填埋场沉降计算及实例分析

分别采用Sowers模型、Marques模型及应力降解模型编制了填埋场容量及沉降计算程序,模拟分析了分层堆填条件下填埋场的堆填及沉降过程。根据上海老港封顶系统的部分实测沉降数据拟合了这3种沉降计算模型的参数。通过比较发现Sowers模型计算参数简单但模拟结果较为粗略,Marques模型和应力降解模型结果相近,相对而言应力降解模型参数少并容易确定。采用应力降解模型及相应的拟合参数计算了老港填埋场剖面的顶部整体沉降并和实测数据以及中间层沉降计算数据进行了对比分析。除了一些受施工影响较大的区域,该模型及沉降计算方法能较好地模拟填埋场的顶部的沉降过程。计算表明填埋场沉降和不均匀沉降的最大值均可能出现在堆体内部而不是堆体表面,因此必要时堆体内部构筑物设计时应进行沉降和不均匀沉降验算。     

新型集成管井降水强夯法处理冲填土地基试验研究

考虑长三角沿海地区吹填软基实际工程性质,采用新型集成管井降水联合强夯加固技术进行某滨海工业园区试验段软基处理。新型集成管井降水装置可增加主动降水能力,大大加快了孔隙水的排出和超孔隙水压力的消散,并可使超孔隙水压力降至负值,减小地基侧向位移。通过监测水位、孔隙水压力、侧向位移和沉降,及时了解加固效果,进一步探究加固机理。试验表明:第1,2遍点夯分别采用1 250k N·m和2 000k N·m的夯击能,夯击次数为2~3次,夯实效果最佳;超孔隙水压力消散比较快,消散速率随深度增加而减小,第2遍强夯过后孙隙水压力消散速率比第1遍大。最后通过检测,地面以下5m深度地基得到充分加固,地基承载力达到100k Pa,完成了试验既定目标。     

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。     

饱和城市固废一维降解固结解析解

填埋后的城市固废因降解产生固相质量损失,从而造成在外力作用下的固结是一个相当复杂的过程。为研究饱和城市固废的降解固结特性,建立了一维降解固结普遍模型;基于已有城市固废降解、压缩和渗透特性研究,获得了考虑可降解固相水解、胞内水释放为孔隙水及降解导致压缩性衰变的一维降解固结简化模型;基于简化模型,针对饱和城市固废填埋层底部淤堵不透水和顶部自由排水工况,获得了一维降解固结解析解。针对国内填埋场新鲜城市固废的计算结果表明:在瞬时常荷载作用下,固结初期,填埋层底部的超静孔压值会超过初始值,这主要是因为降解引起固相质量损失导致骨架疏松、压缩性增大;固结后期,整个填埋层出现负的超静孔压,这是因为后期填埋层孔隙比因固相质量损失而增大,而压缩性衰变相对较小。参数敏感性分析表明:降解引起的次压缩速率越大,固结初期超静孔压越大;增加填埋层的先期固结压力会延缓超静孔压的消散。     

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。     

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。     

Afteruse development of former landfll sites in Hong Kong

Landfll is one of the major methods in disposing of municipal solid waste(MSW) in Hong Kong. There are now 13 closed landfll sites in Hong Kong, and a restoration program has been launched since 1999 to transform the closed landfll sites back into recreational area. The MSW underneath these closed landfll sites will biodegrade slowly and gradually, releasing toxic gases and leachate. As there have only been a few afteruse development ever completed in Hong Kong, this paper describes the consideration in planning and design of two former landfll sites in Hong Kong–Ngau Chi Wan(NCW) and Jordan Valley(JV) landflls, in particular a discussion on the MSW settlement. Various models in predicting the longterm MSW settlement have been available. This paper reviews the applicability of these models to predict MSW settlement. However, as the predicted settlements can be signifcantly in error, they need sitespecifc calibration and validation. This paper therefore presents the settlement monitoring data in these former landfll sites over the last 30 years, and suggests modifying the Bjarngard and Edgers’ method for estimating this long-term settlement as well as the effect of additional surcharge due to afteruse development. Based on the regression of these data, compression indices Cce and C at different stages of the settlement in the modifed method have been calibrated and validated.     

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.     

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。     

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。     

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。