城市固体废弃物二维沉降模型研究

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1、第一章绪论综上所述，开展生活垃圾卫生填埋场沉降问题的研究意义重大，研究可以为合理地组织填埋场建设和最大限度地利用有限的填埋场空间、为填埋场保护系统的设计和维护、为填埋场的竖向扩容设计和场地再利用等提供理论依据。研究生活垃圾填埋场的沉降不仅有理论价值，而且会带来较大的社会效益，环境效益和经济效益。1．3现代卫生填埋场沉降问题的研究现状垃圾土成分复杂，主要包括厨余、废纸、废塑料、废织物、废金属、废玻璃陶瓷碎片、竹木、树叶等，且垃圾成分随着地域、季节、时间会不断发生变化。垃圾土有压缩性高、孔隙比大、有机物含量高、渗透系数大、垃圾体的有机质会随时间不断发

2、生降解减少等特点，这些特点使得填埋场沉降机理与土的沉降有明显不同。填埋场的沉降常常在堆填开始后就立即发生，并且在很长一段时间内持续发展【纠。填埋场沉降的主要机理如下【91114l：(1)物理压缩：包括废弃物的畸变、弯曲、破碎和重定向，与有机质土的固结相似。物理压缩由填埋垃圾自重及其所受到荷载引起，在填埋期，主、次固结期都会发生。(2)错动：垃圾层覆盖土以及小颗粒垃圾向垃圾体孔隙中移动。(3)物理化学变化：废弃物因腐蚀、氧化和燃烧作用引起的质变及体积减小。(4)生化分解：垃圾因发酵、腐烂及有氧和厌氧作用引起的填埋体的减少。机理的复杂性使得垃圾土沉降

3、研究难度比土沉降研究大很多，学者们分别通过现场监测、室内试验、理论分析、有限元软件模拟等方法对沉降进行了估算。现有的沉降模型大多是一维的，也有个别是多维的。1．3．1MSW填埋场一维沉降计算方法研究现状自从1973年Sowers建立第一个垃圾土沉降模型以来，已经有不少新的沉降模型涌现。这些沉降公式按机理可分为四大类：第一类为类似经典土力学沉降模型，以Sowers沉降公式为代表。第二类为经验公式，从现场观测数据或室内试验结果出发，拟合分析沉降曲线，以Yen和Scanlon的对数函数计算方法【15】，Gibson和L0流变模型【16J【171，“ng

4、双曲线函数计算方法n剐为代表。第三类公式考虑了垃圾中有机质降解引起的沉降，综合应力和降解两个因素对沉降的影响，如Marques的复合沉降计算方5河海大学硕士学位论文法f斓。第四类为考虑垃圾土体内气体、液体、固体三相及压强变化影响的数值计算模型【201【2ll。其中第四类公式比较复杂，难以应用。本文仅对一些较常见的沉降计算方法进行分析和总结。(1)飘炳镪沉降公式S0we瞒仿照土的沉降规律，以Terza曲i理论和土的次压缩理论为基础，认为沉降有三部分组成，酃瞬时沉降、主沉降和次沉降。瞬时沉降为上部加荷载时在很短时间内产生的沉降，往往在填埋过程中就已经

5、完成，主要是由于孔隙减小引起的，与土的弹性噩缩段类似。主固结沉降始予施工期，荷载稳定君还会持续一段时间，随孔隙水压力的消散而增长，由空隙水和气体的排出引起的，一般在30天内完成114J。次压缩沉降量主要由流交和生化降解弓

6、起。对有机裴含量较高的疲弃物来说，生化降解是导致生活垃圾体积减小、沉降增加的主要原因，有机质降解可持续数十年。由于瞬时沉降发生得相当快，因此通常将瞬时压缩归于主沉降，不再单独计算瞬时沉降。主沉降计算如⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·(1。1)所示。觇啮去怕甙华㈦1)式中：觇——主沉降，朋；H。——垃圾填埋层初

7、始高度，棚；eo——韧始孔隙比；cc——主压缩指数；玩——初始竖向有效应力，牖；厶秽为竖向有效应力增量，胁。在⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·(1．1)中，若令t一；L，则可得到(1．2)。工+％觇，氓．t．109(哗)(1．2)吼式中：t——修正主压缩指数；其他参数含义与(1．1)中参数含义同a常见修正主愿乡表l。2常见修正主压缩指数t取值范围研究者t范闱附注6第一章绪论Sowc巧【14】指出主压缩指数与初始孔隙比有关，一般在0．15‰一0．55‰之间；对于任意％值，不同的废弃物类型，cc的变化范围都比较大。包含大量食物、木头、铁皮罐的填埋物，

8、其cc值较高，对于含有少量弹性材料的填埋物，其cc值较低【91。次压缩计算式为(1．3)。吨-风’缶‘kg(净(1．3)式中：觇——次压缩沉降，胁；乞——次压缩指数；‘——废弃物次压缩开始的时间，可取‘=1个月；f：——次压缩完成的时间，其它参数含义同⋯⋯⋯·(1．1)。若令c二·≠L，(1．3)则简化为(1．4)。l+％吨；H。．t．109(≥)(1．4)气c口与初始孔隙比、有机质含量、垃圾土的含水量、温度、操作方式等有关。降解条件越有利，c口越大，常见巳变化范围为o．03％一o．09‰。sowers【14】指出t常见取值范围为o．03一o．1

9、，yen【151给出t取值范围为o．06一o．14，Debnath陋】给出c：取值范围为o．29一o．35。不同学者给出的t取值范围差别