垃圾土蠕变降解沉降特性试验探究

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1、垃圾土蠕变降解沉降特性试验探究　　摘要：为了研究垃圾土蠕变降解沉降特性，选取重庆市某垃圾场典型试样，基于室内蠕变观测试验得到蠕变降解沉降过程曲线（0～330d），建立了符合其沉降变形特性的PTH计算模型，验证了该模型合理性，同时对沉降影响因素进行了详细分析。结果表明，因外部应力和内部蠕变降解引起的沉降总量可达试样高度的33.2%，渗滤液在前期的溢出量受外部荷载和有机物含量的控制；垃圾土中有机物的降解规律可用Richards模型来表示，累计沉降量和累计渗滤液产量之间符合指数函数关系；有利于初期压缩变形和后期降解沉降的最优有机物含

2、量区间为29.1%～36.47%；内部温度监测结果显示，20～41℃是一个可加快内部有机物降解速率的温度区间，且在41℃时作用最大。关键词：垃圾土；蠕变沉降；降解；温度；渗滤液中图分类号：TU443文献标志码：A文章编号：16744764（2013）06000709卫生填埋技术作为经济的垃圾处理方式，仍然被大多数发达国家采用[12]。由于垃圾土是一种复杂的非饱和多孔介质，影响其变形沉降的因素较多（例如外部荷载、有机物含量等），导致对垃圾土蠕变沉降沉降规律，以及建立符合其蠕变沉降特性本构模型的研究，仍然是目前研究的难点。10在其

3、他国家，垃圾土的研究主要集中于沉降理论、计算模型以及影响沉降因素分析方面。模型计算理论主要有：Sowers[3]建立的分阶段沉降计算模型、基于生物降解反应的降解沉降模型[46]，以及根据一级动力衰减理论建立的Machado模型[7]；Babu等[810]根据临界状态理论、力学蠕变和时间因素决定的降解沉降，给出了具有普遍意义三阶段本构计算模型。但是随着瞬时压缩的完成，针对后期蠕变和降解沉降阶段，由于影响沉降的因素较多（降解、温度、渗滤液量等），至今没有建立一个比较完善的理论和计算模型。根据Watts等[1112]通过对垃圾组成成

4、份近65a的调查，发现随着垃圾土中有机物含量的增加，因蠕变和降解引起的次固结沉降在总沉降中所占的比例逐渐增加，最高可达占填埋高度的49%。而这成为导致现有的沉降模型不能准确预测垃圾场的沉降的原因之一。〖=D（〗赵燕茹，等：垃圾土蠕变降解沉降特性试验研究〖=〗在垃圾土的降解沉降影响因素分析方面，Elagroudy等[1315]从有机物降解度方面，研究了降解与产气量、渗滤液以及垃圾土力学参数的影响关系；Hanson等[1620]关于垃圾土中热量的产生以及温度的做了大量的研究，并且得到因垃圾体内部有机物的降解以及内部物理化学反应，会

5、导致垃圾体内部温度的升高，而温度反过来可加快有机物降解的速度。10在中国，胡敏云等[21]通过试验得出垃圾土的沉降是应力和时间的双重函数，而从微观上讲是一个复杂的生化反应和降解的长期过程。施建勇等[22]通过试验指出垃圾中有机物的降解规律可用指数函数来表示；柯瀚等[23]研究了应力对蠕变降解沉降的影响，指出初始压力越大，产生的主压缩应变越大，后期的降解沉降和蠕变沉降越小，随着时间的增加，压力对总沉降的影响相对减小；谢强等[2428]基于实测沉降数据，对垃圾土的蠕变沉降特性也进行了大量工作。本文基于特制蠕变试验装置（图1），对不

6、同有机物含量的垃圾土进行了330d的降解蠕变观测试验，根据实测蠕变沉降数据选取适合沉降特性的模型元件，通过分析有机物含量对垃圾土沉降的影响，以及渗滤液、累计沉降、降解、温度之间的关系，建立符合重庆地区垃圾土蠕变降解沉降的本构计算模型，研究结果能够为准确预测垃圾土的蠕变沉降提供理论支持。2.2试验装置及温度监测静力蠕变试验采用特制的蠕变沉降观测仪，容器高500mm，直径300mm，试样高300mm，承载板厚18mm；渗滤层层厚2010mm，试验装置如图2所示。试验前对渗滤层充分饱和压实；碎石层上下表面各垫一层滤纸，容器顶部用密封

7、盖密封，以模拟封场后的厌氧环境；其中：百分表用于观测生活垃圾随时间的沉降量，量瓶用于量测渗滤液产生量，加压设备用以保证荷载的垂直施加，生物反应气的回收采用专门的装置。在试验开始前，对有机物含量为10%、20%、35%、50%、65%、100%的试样进行3kPa初始预压（等价于0.15m厚的上覆土层），然后放入蠕变监测仪器中进行观测试验，并开始记录渗滤液和沉降量等数据。在蠕变降解试验中，通过专门设置的温度敏感探头对垃圾体内部温度场进行了探测，监测时间为330d，同时详细记录了渗滤液量的变化情况。试验过程中，外部温度保持在恒温（2

8、0℃）。3试验结果与分析3.1沉降特征曲线试验选取有机物含量为50%的试验曲线作为分析对象，并对瞬时应力应变，蠕变降解沉降过程中渗滤液产量、变形沉降量、不同降解阶段试样有机物残余含量等数据进行了统计和分析，曲线如图4、5、6所示。在厌氧阶段（90～330d），由于试样在外力作