垃圾堆體固有滲透率及孔隙度演化特征試驗(yàn)研究.pdf

1、填埋場(chǎng)內(nèi)氣體流動(dòng)的孔隙空間——“遷移通道”既受上覆載荷的作用，也同時(shí)由于垃圾土骨架自身的降解而發(fā)生改變。如何有效地對(duì)垃圾填埋氣體的遷移規(guī)律及氣井的收集效能進(jìn)行合理評(píng)估已成為填埋場(chǎng)沼氣收集和利用工程中的重要研究課題，而定量描述垃圾堆體滲透特性的變化規(guī)律及建立固有滲透率和孔隙度的表征模型是解決這一難點(diǎn)的關(guān)鍵性科學(xué)問(wèn)題之一。本文以多孔介質(zhì)氣-固耦合滲流理論、土力學(xué)以及生物降解動(dòng)力學(xué)等多學(xué)科交叉理論為基礎(chǔ)，以室內(nèi)試驗(yàn)研究為主導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)垃圾堆體

2、固有滲透率和孔隙度的協(xié)同演化過(guò)程進(jìn)行定量化預(yù)測(cè);同時(shí)以數(shù)值仿真分析為依托，開(kāi)展了滲流-應(yīng)力全耦合條件下填埋氣體遷移過(guò)程模擬。具體研究成果如下:
　　(1)開(kāi)展了不同載荷作用下垃圾堆體固有滲透率和孔隙度的協(xié)同演化試驗(yàn)，建立了固有滲透和孔隙度的定量表征模型，分析了不同含水率條件下固有滲透率和孔隙度的變化規(guī)律。傳統(tǒng)K-C模型無(wú)法描述這一變化規(guī)律，而冪函數(shù)形式（k=AnB）和線(xiàn)性函數(shù)形式(lg(k)=a+blg(n)）兩種協(xié)同表征模型均與

3、試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了良好的擬合效果;模型尺寸從50mm增大至500mm，固有滲透率從10-15 m2增加至10-12m2，孔隙度從0.378增加至0.685。
　　(2)分析了降解1個(gè)月、2個(gè)月和3個(gè)月后的垃圾固有滲透率和孔隙度的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)降解時(shí)間越長(zhǎng)，垃圾堆體固有滲透率和孔隙度下降的幅度越明顯。當(dāng)含水率為45％時(shí)，隨著降解時(shí)間的增加，孔隙度最小降低至0.1，同時(shí)固有滲透率的變化幅度達(dá)到4個(gè)數(shù)量級(jí)。冪函模型對(duì)新鮮垃圾的k-n擬合效果

4、較好，而K-C模型對(duì)降解后垃圾的k-n擬合效果較好。
　　(3)構(gòu)建了填埋氣體遷移滲流-應(yīng)力全耦合模型，分析了填埋場(chǎng)氣體遷移規(guī)律，預(yù)測(cè)了氣井收集效能，結(jié)果表明:考慮k-n模型的情況下填埋場(chǎng)內(nèi)氣體壓力值高于不考慮k-n模型的情況，封場(chǎng)10年后壓力差值最大達(dá)到0.346kPa;由于載荷的作用，氣井平均流量較無(wú)載荷作用時(shí)偏低14.8％;加入快速滲透層可有效提高填埋氣體的橫向遷移速率，減小填埋氣體的逸散，顯著增加了氣井的收集量。