城市固體廢棄物靜動力強度特性及填埋場的穩(wěn)定性分析.pdf

1、隨著我國城市化水平的提高，伴隨而來的是城市固體廢棄物(MunicipalSolidWaste，簡稱MSW)的急劇增加。衛(wèi)生填埋法是我國目前處理MSW的主要手段，作為MSW處理的終極方法必將長期存在。為了增加填埋場的容量，填埋場的高度越填越高，坡度越填越陡，由于對MSW的靜、動力強度特性認(rèn)識不夠，世界各國相繼發(fā)生填埋場的失穩(wěn)。為了對已建填埋場進(jìn)行正確的評價和對現(xiàn)代衛(wèi)生填埋場進(jìn)行合理的設(shè)計，本文系統(tǒng)地研究了MSW靜、動力強度特性，并對填埋場

2、的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。 參照杭州天子嶺填埋場MSW的主要成分，人工配制試樣(30cm×60cm)，利用大型三軸剪力儀進(jìn)行不固結(jié)不排水和固結(jié)排水剪試驗，分別研究初始孔隙比為2和3的MSW強度與變形特性。根據(jù)試驗結(jié)果，揭示了MSW的強度機理，發(fā)現(xiàn)MSW的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系具有強烈的應(yīng)變硬化特征，強度參數(shù)c和ψ隨破壞應(yīng)變?nèi)≈档脑黾佣龃?，提出了采用彈性非線性模型來模擬MSW的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。 利用中型動三軸試驗儀(試樣20cm×50c

3、m)研究了在較大應(yīng)變范圍內(nèi)MSW的動模量和阻尼比，MSW的動模量和阻尼比隨著動剪應(yīng)變的變化曲線與泥炭土的相關(guān)曲線形狀基本一致。由于MSW的高壓縮性，初始孔隙比不同對試樣的動力特性影響不大。并且進(jìn)行了現(xiàn)場剪切波速試驗，提出了最大動剪切模量的估算式。為便于應(yīng)用，建議了歸一化動剪切模量和阻尼比與動剪應(yīng)變依賴關(guān)系的取值范圍和平均值曲線，給出了擬合公式的參數(shù)取值，將其與美國OII填埋場MSW動力特性的研究結(jié)果進(jìn)行對比。同時進(jìn)行了MSW的動強度試驗

4、，研究了MSW在不同動荷作用下動應(yīng)變、動強度和動孔壓的變化，并對MSW的動應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行了整理。 直接采用極限平衡法分析了MSW填埋體的整體穩(wěn)定性，由于強度參數(shù)強烈依賴于破壞應(yīng)變的取值，對同一填埋場，MSW填埋體的計算安全系數(shù)與破壞應(yīng)變?nèi)≈得芮邢嚓P(guān)，可見MSW填埋體的整體穩(wěn)定性與變形的控制標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。本文利用有限元法，分析MSW填埋體的穩(wěn)定和變形。對于MSW填埋體的最小安全系數(shù)規(guī)定為1.5，MSW填埋體前坡不得發(fā)生整體側(cè)向變形

5、，同時局部側(cè)向變形宜控制在5％以內(nèi)。通過分析MSW填埋體的前坡坡度、高度、本構(gòu)模型參數(shù)和滲濾液水位的高度發(fā)生變化，當(dāng)破壞應(yīng)變?nèi)?0％，計算的安全系數(shù)達(dá)到1.5時，MSW填埋體的變形也是符合要求的，可以發(fā)現(xiàn)將破壞應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)取為10％來分析MSW填埋體的穩(wěn)定性是合理的。 為了分析填埋場沿著底部襯墊破壞的穩(wěn)定性，采用楔形體法，將填埋場分為三部分：主動楔體、被動楔體和垃圾壩，分別對它們進(jìn)行極限平衡分析，建立平衡方程，求解填埋場的穩(wěn)定安