城市固體廢棄物變形及強(qiáng)度特性研究.pdf

1、填埋法是處理城市固體廢棄物 (MSW) 最經(jīng)濟(jì)有效的方法之一，MSW 的沉降變形和強(qiáng)度特性是填埋場(chǎng)運(yùn)營(yíng)中最關(guān)鍵的兩個(gè)問題。量化主要因素對(duì) MSW 沉降變形規(guī)律及強(qiáng)度特性的影響對(duì)垃圾填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)、容量估算及填埋場(chǎng)穩(wěn)定分析具有非常重要的工程意義，研究MSW的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系進(jìn)而完善其本構(gòu)模型對(duì)建立MSW力學(xué)理論體系具有重要的理論意義。針對(duì)MSW組成的復(fù)雜性、填埋條件的差異性及可降解性等特殊性質(zhì)，本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目 (5053

2、8080)“城市垃圾填埋場(chǎng)固、液、氣相互作用及土力學(xué)機(jī)理”，通過大量的室內(nèi)長(zhǎng)期變形、降解及靜力三軸試驗(yàn)，系統(tǒng)地研究了 MSW 的沉降變形和強(qiáng)度特性。 借鑒傳統(tǒng)土工試驗(yàn)原理、機(jī)械設(shè)計(jì)及環(huán)境科學(xué)等理論和技術(shù)，自主研制了具有測(cè)定豎向變形、氣體和滲濾液收集及滲濾液回灌、溫度控制、加載及豎向和水平調(diào)節(jié)裝置等功能的壓縮．降解儀。針對(duì) MSW 壓縮變形室內(nèi)試驗(yàn)的研究現(xiàn)狀及存在的問題，對(duì) MSW室內(nèi)試驗(yàn)方法進(jìn)行了探索性研究，采用分級(jí)加載的試驗(yàn)

3、方法模擬 MSW 沉降變形及降解過程，考慮了應(yīng)力和生物降解對(duì) MSW 沉降變形的耦合作用。試驗(yàn)研究表明，本文的試驗(yàn)設(shè)備及建議的試驗(yàn)方法更適合模擬 MSW 的變形及降解過程。文中還采用該方法系統(tǒng)地研究了豎向荷載、降解條件、初始?jí)簩?shí)程度及垃圾組成等關(guān)鍵因素對(duì) MSW 沉降變形影響，通過MSW的沉降變形試驗(yàn)，揭示了 MSW 的沉降變形機(jī)理。 采用靜力三軸試驗(yàn)研究了 MSW 在加載—卸載—再加載條件下的變形特性，建議了一個(gè)MSW的雙線

4、性應(yīng)變硬化模型，該模型形式簡(jiǎn)捷，程序易實(shí)現(xiàn)，參數(shù)完整、概念清楚，具有明確的物理意義，泊松比μ也可以簡(jiǎn)化成常數(shù)。本文建議采用 R<,OI>(有機(jī)物與無(wú)機(jī)物含量的比值) 作為垃圾組成的分類指標(biāo)，不同的取值范圍采用不同的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系：R<,OI>較大時(shí)，采用雙線性應(yīng)變硬化模型，R<,OI>較小時(shí)，采用雙曲線模型。 在降解試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建議了一個(gè)改進(jìn)的表征MSW生物降解程度的指標(biāo)，即采用將C/L (纖維素/木質(zhì)素) 用初始值歸一后的

5、相對(duì)變化量來(lái)表征MSW的生物降解程度。研究表明，改進(jìn)后的生物降解程度指標(biāo)與時(shí)間呈S形變化，并給出了生物降解程度指標(biāo)與時(shí)間關(guān)系的表達(dá)式。通過現(xiàn)有資料，驗(yàn)證了本文建議的表征降解度指標(biāo)與時(shí)間關(guān)系式的有效性及優(yōu)越性。系統(tǒng)地研究了有機(jī)物與無(wú)機(jī)物的相對(duì)含量、有機(jī)物與纖維組分的相對(duì)含量及生物降解對(duì)MSW變形及強(qiáng)度特性的影響，并可通過模型參數(shù)很好地反映出來(lái)。研究降解對(duì)MSW變形及強(qiáng)度特性影響時(shí)排除了孔隙比的影響，在相同的初始孔隙比條件下進(jìn)行了不同降解程

6、度試樣的靜力三軸試驗(yàn)，研究表明，MSW 的生物降解作用將增強(qiáng)填埋場(chǎng)的穩(wěn)定性。 垃圾填埋場(chǎng)中填埋體及場(chǎng)地本身的重新利用是填埋方法處理MSW可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題，因此，對(duì)陳垃圾生物降解及力學(xué)特性的研究具有非常重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。在室內(nèi)研究陳垃圾的力學(xué)特性，試樣獲取是一個(gè)棘手的問題。本文通過室內(nèi)降解試驗(yàn)得到陳垃圾，并在三軸試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出采用模擬料來(lái)研究陳垃圾的力學(xué)特性，并給出了模擬料的配制原則及控制指標(biāo)。根據(jù)本文降解試驗(yàn)得