垃圾填埋场边坡上土工膜的拉力与位移分析

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1、垃圾填埋场边坡上土工膜的拉力与位移分析张鹏，王建华，陈锦剑（上海交通大学建筑工程与力学学院，上海200030）摘要:在垃圾填埋场中，土工膜通常放在填埋场的边坡上用来隔离有害物质以避免污染周围环境。土工膜上填埋垃圾和土层沿其长度将有剪应力作用，使得土工膜产生位移，内部承受拉力。为保证土工膜的安全使用，需要对土工膜的拉力与位移进行分析。以边坡材料的应力应变协调为基础，对土工膜下层与土接触面上的剪应力-位移关系采用双曲线模型，推导出微分控制方程，并利用有限差分法迭代求解控制方程得到土工膜位移与拉力的解。最后，

2、对影响土工膜拉力和位移的重要参数进行了分析研究。关键词：垃圾填埋场；土工膜；双曲线模型；有限差分；拉力；位移中图分类号：TU457文献标识码：AAnalysisoftensionanddisplacementofgeomembranesplacedonlandfillslopesZHANGPeng,WANGJian-hua,CHENJin-jian(SchoolofCivilEngineeringandMechanics,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030

3、,China)Abstract:Inlandfills,geomembranesarecommonlyplacedontheslopestoisolatewastefromthesurroundingground.Placementofsoilcoverandwastelayersoverthesegeomembraneswillresulttheshearstressonthelinersandleadtodevelopingsignificantlineartensionsanddisplaceme

4、ntswhicharenecessarytobestudiedsoastoensurethesafetyuse.Thispapertookintoaccounttheessentialstress-straincompatibilityandusedthehyperboliccurvetomodeltheinterfaceshearstress-displacementbetweenthelowerinterfaceandsoil,thengotthegoverningdifferentialequat

5、ions.Theequationsweresolvednumericallyusingafinitedifferencecombinedwithiterationmethod.Finally,theimportantfactorswhichinfluencethebehavioroftheinterfacebetweenthegeomembranesandsoil,arestudied.Keywords:landfill;geomembrane;hyperbolicmodel;finitediffere

6、ncemethod;tension;displacement[4]Chandler，1991年）和有限元法（Wilson-Fahmy和Koerner[5]，1993年；Gilbert等[6]，1993年）。在极限平衡法中，假设边坡系统处于临界状态，此方法忽略了边坡系统的应力-应变关系。有限元法较为一般化且更为准确，但需要较详细的边坡和材料的参数值，计算较费时。Jayantha（2000年）[7]曾以边坡材料的应力-应变协调为基础，假定接触面上剪应力-位移关系为理想弹塑性模型进行了求解。但众多的试验表明，

7、土工合成材料（包括土工膜）与土体接触面上的剪应力-位移关系呈双曲线关系[8]。本文以此关系为基础，推导了垃圾填埋场边坡上土工膜的拉力微分控制方程，并通过有限差分法1引言世界各国在城市化过程中都会遇到城市垃圾处理的问题，而垃圾堆场填埋法已得到了广泛的应用[1]。垃圾压实填埋后会产生有毒有害的渗沥水，为防止环境污染，工程上常采用土工膜等作为隔离层，然后，在其上填埋垃圾与覆盖土层。这些附加荷载使土工膜内产生拉应力，为保证土工膜的整体性，需要防止其内部产生过大的拉应力与位移。目前，解决这一问题主要有两种计算方法

8、，即传统边坡稳定分析中的极限平衡法（Giroud和Beech[2]，1989年；Koerner和Hwu[3]，1991年；Quinn和收稿日期：2003-03-28修改稿收到日期：2003-08-14（FDM）进行数值求解，对其中的主要参数进行了分析研究。土工膜受力分析图1为堆场结构示意图。本文将土工膜上全部附加荷重看作整体并以单一材料表示。假设土工膜上层的边界面上没有出现滑移，即$u$l（$u，$l分别为土工膜上下层接触面上的摩擦角），忽