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《同济大学》 2007年
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垃圾填埋场沿底部衬垫界面失稳破坏及土工膜拉力研究

高丽亚  
【摘要】: 为了防止填埋场中的渗滤液对地下水系统造成污染,目前主要采用复合衬垫系统进行防渗,虽然包含有土工织物和粘土层的复合衬垫系统能起到很好的防渗作用,但由于土工织物界面的剪切强度较低,剪切特性为应变软化型,较低的剪切强度容易产生沿着界面的滑动,使得填埋场发生破坏,对周边环境造成灾难性危害。研究表明,填埋场整体或局部沿底部衬垫的滑动破坏是填埋场稳定破坏的最主要形式之一。为了对已建填埋场进行正确的评价和对现代卫生填埋场进行合理的设计,本文系统地研究了填埋场沿底部衬垫界面的失稳破坏,并提出了填埋场背坡上土工膜拉力的分析方法。 首先分析了衬垫界面的软化特性,提出了土工织物界面应变软化本构模型,采用随着塑性剪切位移而减小的粘聚力和摩擦角来表示界面的软化特性,当界面上某点的剪切位移超过最大弹性剪切位移时,界面的剪应力是塑性剪切位移的函数。将提出的界面软化本构模型架构在有限差分程序中,对填埋场单层衬垫系统的稳定性及完整性进行研究,分析了垃圾体材料参数和填埋场坡度、高度等几何构型参数对衬垫界面剪应力及剪切位移分布的影响。研究表明,坡度是填埋场几何构型中对衬垫界面稳定性最重要的影响因素,提出了填埋场局部失稳破坏存在临界坡度的概念。当填埋场的前坡或背坡超过各自的临界坡度时,衬垫界面的局部将会发生失稳破坏,但填埋场并未沿衬垫界面发生整体失稳,这表明基于整体稳定破坏而未考虑局部破坏的整体稳定安全系数有可能导致衬垫系统发生局部破坏。 根据数值方法计算衬垫界面的剪切位移和剪应力,提出界面真实发挥的剪切强度参数,并利用此强度参数用极限平衡法分析衬垫界面的稳定性,与传统极限平衡法中填埋场基底采用峰值强度、背坡采用残余强度得到的计算结果进行对比,结果表明基底采用峰值强度、背坡采用残余强度的取值方法用于分析填埋场的整体稳定性是合理的。由于极限平衡分析得到的整体稳定安全系数只能反映垃圾体沿衬垫界面的整体失稳情况,不能评价填埋场衬垫界面的局部破坏。提出了填埋场的局部安全系数来评价衬垫界面的局部失稳现象,计算得到的局部安全系数远低于整体稳定安全系数。 利用有限差分法分析填埋场底部存在双层界面的失稳破坏,研究垃圾体材料参数和填埋场几何构型参数对双层界面剪应力及剪切位移分布的影响。界面局部失稳一般发生在剪切强度较小的界面上,但该界面的软化并不会导致其他层界面的软化。当其中一层界面发生失稳后,由于应变软化效应,两层界面的剪切位移发生较大的差别,而且剪应力也不相同,剪应力的差值将由两层界面之间的土工膜等土工合成材料承担,将会导致土工膜等材料由于受到较大拉力而发生破坏。 为了分析填埋场背坡衬垫中土工膜的拉力,将土工膜与粘土界面的剪应力~位移关系曲线分为弹性、软化和残余强度三阶段,采用三阶段弹塑性模型来描述土工膜与粘土界面的剪切变形特性,推导出了土工膜位移~拉力的弹性、软化和残余强度三阶段的微分控制方程。由于三个阶段分界点的位置未知,因此利用迭代法求解土工膜的拉力;并分析了填埋高度、坡度和土工织物参数的变化对土工膜拉力的影响。
【学位授予单位】:同济大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TU43

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