城市生活垃圾填埋體的力學(xué)特性及降解沉降研究.pdf

1、近二十年來(lái),隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快以及城鎮(zhèn)人口的增加,越來(lái)越多的工業(yè)垃圾和生活垃圾出現(xiàn)在日常生活中,引起了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)垃圾主要采用填埋作業(yè)的方式進(jìn)行處理,但是隨著各種超大型垃圾填埋體的建設(shè),填埋場(chǎng)的不規(guī)范填埋作業(yè)以及封場(chǎng)后因內(nèi)部有機(jī)物質(zhì)降解引起的滑坡災(zāi)害和不均勻沉降問(wèn)題,給人居環(huán)境帶來(lái)了巨大的威脅。本文從垃圾土抗剪強(qiáng)度影響機(jī)理出發(fā),以重慶市長(zhǎng)衛(wèi)生橋垃圾填埋場(chǎng)的垃圾土樣作為測(cè)試對(duì)象,從以下幾個(gè)方面對(duì)垃圾土的力學(xué)及降解

2、沉降特性進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)研究。
　　1)為了研究有機(jī)物降解對(duì)垃圾土抗剪強(qiáng)度影響機(jī)理,并總結(jié)影響抗剪強(qiáng)度參數(shù)的相關(guān)因素(降解、含水率、有機(jī)物含量以及剪應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)等),選取重慶市長(zhǎng)生橋垃圾填埋場(chǎng)的垃圾土樣作為研究對(duì)象,基于室內(nèi)直剪試驗(yàn)和三軸固結(jié)排水試驗(yàn),對(duì)新鮮重塑垃圾土和陳垃圾土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試;通過(guò)240d的降解-剪切試驗(yàn),得出重塑新鮮垃圾土在0 d~30d,其抗剪強(qiáng)度與垃圾土初始組成結(jié)構(gòu)和預(yù)壓應(yīng)力有關(guān),而受有機(jī)物含量以及降解程

3、度的影響較小;抗剪強(qiáng)度隨降解的進(jìn)行在30d~240d,其粘聚力c在3.54 kPa~22.24kPa之間變化,呈遞增趨勢(shì);內(nèi)摩擦角φ在27.86°~20.35°之間變化,呈先增后減的趨勢(shì);陳垃圾土的直剪試驗(yàn)表明,隨著垃圾土中含水率的增加,其抗剪強(qiáng)度的整體趨勢(shì)是減小的;陳垃圾土的三軸固結(jié)排水試驗(yàn)(CD)結(jié)果表明,隨剪切應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)的增大(5％~20％),抗剪強(qiáng)度呈遞增趨勢(shì),其中粘聚力c從0 kPa增大為66.42kPa,而內(nèi)摩擦角φ從29°增

4、大為38°。
　　2)為了研究垃圾土蠕變-降解沉降特性,基于室內(nèi)蠕變觀(guān)測(cè)試驗(yàn)得到蠕變~降解沉降過(guò)程曲線(xiàn)(0d~360d),最后對(duì)沉降影響因素進(jìn)行了詳細(xì)分析。試驗(yàn)結(jié)果表明,因外部荷載和內(nèi)部蠕變沉降引起的垃圾土總沉降量可達(dá)試樣總高度的33.2％;填埋體中滲濾液在前期的溢出量受外部荷載和有機(jī)物中初始含水量控制;通過(guò)對(duì)不同有機(jī)物含量的垃圾土試樣的降解沉降試驗(yàn),得出垃圾土的累計(jì)沉降量和累計(jì)滲濾液產(chǎn)量之間符合指數(shù)函數(shù)關(guān)系;垃圾土中既有利于初期

5、壓縮變形,又有利于后期厭氧降解沉降的垃圾土中最優(yōu)有機(jī)物含量區(qū)間為29.1％~36.47％;垃圾土內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示,22℃~45℃是一個(gè)能夠加速其內(nèi)部有機(jī)物降解速率的溫度區(qū)間,且在41℃時(shí)作用最大。本次研究結(jié)果可用于降解-沉降和溫度場(chǎng)的分析,也可為進(jìn)一步了解垃圾土的沉降特性提供理論支持。
　　3)為了研究垃圾土的降解-蠕變沉降特性,通過(guò)對(duì)試樣在室內(nèi)分別進(jìn)行加載壓縮試驗(yàn),測(cè)試了垃圾土在360d內(nèi)其降解沉降變化特性,試驗(yàn)結(jié)果顯示:垃

6、圾土在好氧和厭氧降解階段的變形特性符合彈塑性變形特征;根據(jù)蠕變理論和垃圾土的實(shí)測(cè)變形特點(diǎn),推導(dǎo)了符合其變形特性的Burgers蠕變沉降模型,并對(duì)該模型的正確性進(jìn)行了驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)該模型能夠較好的模擬垃圾土在不同降解階段的變形特性,并且能夠?yàn)闇?zhǔn)確預(yù)測(cè)垃圾土的沉降以及計(jì)算后期填埋場(chǎng)的容量提供幫助。
　　4)基于Mitchell三元導(dǎo)電模型和室內(nèi)實(shí)測(cè)資料,在確定原狀垃圾土試樣的結(jié)構(gòu)和土性參數(shù)基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了適合重慶長(zhǎng)衛(wèi)生橋填埋場(chǎng)垃圾土電阻率的

7、計(jì)算模型。通過(guò)分析電阻率影響因素(孔隙率,滲濾液濃度,溫度,濕密度等)得出當(dāng)其它參數(shù)不變,而只改變其中一個(gè)變量時(shí):電阻率隨孔隙率的增加而呈冪函數(shù)減小;相比添加NaCl和ZnCl2溶液的垃圾土,孔隙率的增加對(duì)添加柴油時(shí)垃圾土電阻率的影響要大于前兩者;在孔隙率一定時(shí),滲濾液對(duì)垃圾土電阻率的影響受稀釋作用控制,并且影響程度隨含水率的增加而減小;隨著隨溫度的升高,垃圾土電阻率呈線(xiàn)性遞減趨勢(shì);在含水率一定時(shí),孔隙率的變化是導(dǎo)致垃圾土中三種導(dǎo)電模式