飽和城市固廢一維降解固結(jié)理論研究.pdf

1、我國城市固廢以快速易降解的廚余組分為主，滲濾液產(chǎn)量大，容易引起填埋體水位雍高達(dá)到飽和狀態(tài)。填埋后的城市固廢因降解產(chǎn)生固相質(zhì)量損失，從而造成在外力作用下的固結(jié)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程。主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:(1)可降解固相水解和胞內(nèi)水釋放引起固相和孔隙體積的變化;(2)胞內(nèi)水釋放引起孔隙水質(zhì)量變化;(3)可降解固相水解和胞內(nèi)水釋放導(dǎo)致壓縮性衰變。本文重點(diǎn)研究飽和城市固廢一維降解固結(jié)特性。主要內(nèi)容和成果如下：
　　(1)建立了飽和城市固

2、廢一維降解固結(jié)普遍模型。不同于傳統(tǒng)土體，可降解固相水解產(chǎn)生的孔隙需要額外孔隙水填充，使得超靜孔壓減小;胞內(nèi)水釋放產(chǎn)生的孔隙由釋放形成的等體積孔隙水填充，不產(chǎn)生額外的超靜孔壓變化;固相質(zhì)量損失導(dǎo)致骨架疏松，壓縮性增大，使得超靜孔壓增加。因此實(shí)際過程中超靜孔壓的響應(yīng)是上述三方面超靜孔壓響應(yīng)的綜合結(jié)果。
　　(2)基于已有城市固廢降解、壓縮和滲透特性研究，獲得了考慮可降解固相水解、胞內(nèi)水釋放為孔隙水及降解導(dǎo)致壓縮性衰變的一維降解固結(jié)簡(jiǎn)化

3、模型;基于簡(jiǎn)化模型，針對(duì)飽和城市固廢填埋層底部淤堵不透水和頂部自由排水工況，獲得了一維降解固結(jié)解析解。針對(duì)我國填埋場(chǎng)新鮮固廢的計(jì)算結(jié)果表明:在瞬時(shí)常荷載作用下，固結(jié)初期，填埋層底部的超靜孔壓值會(huì)超過初始值，這主要是因?yàn)榻到庖鸸滔噘|(zhì)量損失導(dǎo)致骨架疏松、壓縮性增大;固結(jié)后期，整個(gè)填埋層出現(xiàn)負(fù)的超靜孔壓，這主要是因?yàn)楹笃谔盥駥涌紫侗纫蚬滔噘|(zhì)量損失而增大，而壓縮性衰變相對(duì)較小。參數(shù)敏感性分析表明:次壓縮速率越大，固結(jié)初期超靜孔壓越大;增加填埋

4、層的先期固結(jié)壓力會(huì)延緩超靜孔壓的消散。
　　(3)基于飽和城市固廢一維降解固結(jié)簡(jiǎn)化模型，去除常數(shù)固結(jié)系數(shù)假定，獲得了考慮固結(jié)系數(shù)變化的飽和城市固廢一維降解固結(jié)簡(jiǎn)化模型。驗(yàn)證了COMSOL Multiphysics求解的可靠性，并數(shù)值求解該簡(jiǎn)化模型，以研究固結(jié)系數(shù)變化對(duì)降解固結(jié)性狀的影響。結(jié)果如下:固結(jié)初期，固結(jié)系數(shù)隨著深度的增加而增大，填埋層上部的固結(jié)系數(shù)小于初始值，填埋層底部出現(xiàn)固結(jié)系數(shù)超過初始值。但整個(gè)填埋層超靜孔壓值大于對(duì)應(yīng)

5、的常數(shù)固結(jié)系數(shù)工況中的相應(yīng)值，這主要是因?yàn)樘盥駥由喜抗探Y(jié)系數(shù)減小，固結(jié)系數(shù)越小超靜孔壓的消散越慢。由于固結(jié)后期固結(jié)系數(shù)相對(duì)較小，負(fù)的超靜孔壓的消散也較慢。相比常數(shù)固結(jié)系數(shù)工況，考慮固結(jié)系數(shù)變化時(shí)，主壓縮的發(fā)展相對(duì)較慢，次壓縮幾乎不受影響。
　　(4)基于實(shí)測(cè)不同齡期試樣的可降解固相質(zhì)量、胞內(nèi)水質(zhì)量和沉降值，結(jié)合一階動(dòng)力學(xué)模型擬合得到可降解固相水解速率、胞內(nèi)水釋放速率和次壓縮速率;并研究不同降解環(huán)境對(duì)胞內(nèi)水釋放速率和可降解固相水解速

6、率的影響;分析胞內(nèi)水釋放完成程度與可降解固相水解完成程度的關(guān)系;假定用可降解組分質(zhì)量損失程度表征次壓縮的完成程度，并基于實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)該假定進(jìn)行驗(yàn)證?；诘谒恼轮锌紤]固結(jié)系數(shù)變化的飽和城市固廢一維降解固結(jié)簡(jiǎn)化模型，結(jié)合三個(gè)速率的相關(guān)性，本章獲得了變固結(jié)系數(shù)條件下，同時(shí)考慮可降解固相和胞內(nèi)水對(duì)次壓縮影響的飽和城市固廢一維降解固結(jié)簡(jiǎn)化模型;通過算例分析得到如下結(jié)果:次壓縮速率由胞內(nèi)水速率控制這一假定導(dǎo)致固結(jié)初期超靜孔壓偏大，后期則偏小;胞內(nèi)水釋