城市生活垃圾的压缩性及填埋场的沉降研究

摘要

城市生活垃圾是人们在日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物。近几年来，城市生活垃圾的处理一直是环境岩土工程的热门课题。国外自60年代就已开始研究城市生活垃圾的填埋课题，我国自90年代中期开始用岩土工程的方法研究生活垃圾的填埋问题。 本文首先采用国内传统的土工仪器，研究了城市生活垃圾填埋场中生活垃圾的基本土工参数如天然密度、比重、含水量、孔隙比、有机物含量、内聚力、内摩擦角及其分布规律。研究表明：天然密度大多分布在0.9-1.2t/m3之间；含水量的变化范围较大，一般分布在40％-100％之间；比重的大小与生活垃圾中有机物的含量有关，大多分布在2.0-2.4之间；有机物含量大多分布在20％-40％之间；孔隙比与深度的关系为一条直线，根据天然密度与深度的相关关系，得到了现场生活垃圾的孔隙比与自重应力的关系曲线，从而得到了现场生活垃圾的压缩系数及压缩模量的变化范围；生活垃圾的小试样三轴不固结不排水及固结不排水试验结果表明，生活垃圾的应力-应变曲线可以近似为双曲线。 然后本文研制了城市生活垃圾专用压缩仪器(BHMSW-2035型)，该仪器最大行程30cm，最大承受1600kPa的压力，压缩筒高度为35cm，内直径19cm，筒的周围加二道钢箍，筒的底部设有4个排水孔，可以排出垃圾的渗滤水。采用该仪器，研究了垃圾的压缩性及其压缩规律性。单级恒定荷载的长期试验结果表明：24h前，压缩速率变化较大，24h后，压缩曲线趋于平缓；24h的压缩量约占90天总压缩量的90％。试验研究还表明：压缩时间和压缩应变的比值与压缩时间的关系为一条直线，因此，生活垃圾的压缩应变与压缩时间的关系符合双曲线函数。当压缩时间趋于无穷大时，压缩应变趋于极限压缩应变。垃圾的24h压缩应变与极限压缩应变相差不大，可以近似用24h压缩应变代替极限压缩应变。当压力超过50kPa时，垃圾的极限压缩应变与压力的对数具有直线关系。根据垃圾的压缩试验结果，进一步解释了垃圾的力学压缩机理，制定了垃圾压缩试验的24h稳定标准，建议了垃圾室内压缩试验的方法。 根据垃圾的大型三轴试验计算结果，分析了邓肯-张模型参数的确定方法，得到了生活垃圾的邓肯-张模型参数。利用单向压缩试验及直接剪切试验结果，提出了生活垃圾邓肯-张模型参数的简化计算方法，得到了垃圾的邓肯-张模型参数。参数K随着初始孔隙比的增大而减小，可以用直线来拟合；参数n随初始孔隙比的变化不大，一般在1.05左右；参数G在0.3～0.4之间，其与初始孔隙比的关系可近似为直线关系；参数F在0～0.1之间，也可以用直线来模拟。 根据垃圾填埋场有机物含量的现场实测结果，研究了有机物的降解规律，有机物的含量随时间呈e指数衰减，降解速率为0.095/年；基于垃圾的干密度在有机物的降解过程中保持不变的前提，采用土力学的基本原理，推导出了有机物的降解沉降新模型，该模型仅与有机物的含量有关，提出了垃圾填埋场考虑有机物降解的库容计算式。 根据垃圾填埋分层填筑的特点，提出了生活垃圾的一维应力压缩计算方法；利用本课题组编制的程序，采用Duncan-Chang模型，研究了生活垃圾的二维压缩规律。通过一维压缩与二维压缩计算结果的对比分析，提出了考虑应力压缩的垃圾填筑容量的预测方法。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1城市生活垃圾的处理现状

1.2城市生活垃圾填埋场沉降引起的工程问题

1.3城市生活垃圾填埋场的沉降研究现状

1.4本文的主要研究工作

第二章填埋场生活垃圾的基本土性参数

2.1概述

2.2现场取样及室内试验仪器设备

2.3填埋场生活垃圾的室内试验方法

2.4试验结果及分析

2.5本章小结

第三章新鲜城市生活垃圾的室内压缩试验

3.1概述

3.2城市生活垃圾专用压缩仪的研制

3.3传统压缩仪与垃圾专用压缩仪试验及其结果的比较

3.4生活垃圾试样的制备及试验方案设计

3.5压缩试验结果

3.6本章小结

第四章城市生活垃圾的试验结果分析

4.1概述

4.2压缩试验结果分析

4.3生活垃圾的应力压缩机理及压缩试验稳定的标准

4.4城市生活垃圾的压缩曲线及压缩系数

4.5本章小结

第五章城市生活垃圾应力压缩的邓肯-张模型参数

5.1概述

5.2邓肯-张模型及其参数

5.3生活垃圾的大型三轴试验结果

5.4利用直剪试验和压缩试验确定Duncan-Chang模型参数

5.5不同初始孔隙比垃圾的Duncan-Chang模型参数

5.6本章小结

第六章有机物降解及其引起填埋场的沉降

6.1概述

6.2生活垃圾中有机物降解的规律研究

6.3生活垃圾中有机物降解模型的建立

6.4本章小结

第七章城市生活垃圾填埋场的沉降及容量预测

7.1城市生活垃圾的填埋压缩过程

7.2城市生活垃圾的一维应力压缩

7.3城市生活垃圾的二维应力压缩有限元计算方法

7.4城市生活垃圾填埋场的容量预测

7.5本章小结

第八章结论及展望

8.1主要结论

8.2对进一步研究工作的展望

参考文献

个人简历及发表的主要论文

致谢