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城市固体废弃物填埋场的沉降、静力和动力稳定研究

柯瀚  
【摘要】: 随着我国城市化水平的日益提高,伴随而来的是城市固体废弃物的急剧增加。卫生填埋法垃圾处理方法是目前我国城市生活垃圾处理的主要手段,而且,它作为垃圾处理的最终方法必将长期存在。本文比较系统地研究了填埋场的沉降和容量,城市固体废弃物的强度特性、填埋场的静力和动力稳定以及地震永久位移。 迄今为止还没有分析填埋场沉降的合理模型,特别是关于生物降解引起的固体颗粒的减少。本文总结了填埋体有机质的分解规律,创造性地提出了填埋体中有机质随时间(深度)变化的公式,并用现场测试结果进行了验证。本文做了大尺寸的室内压缩试验,经过现场取样获得了原位压缩曲线,通过室内外试验结果对比提出了有机质分解基本上不改变压缩过程中填埋体孔隙比的观点。在此基础上,提出了填埋场在填埋期间及封顶后的沉降公式及实用的容量计算方法,该方法原理简单,参数容易选取并已经有了相当的精度。本文还定量分析了有机质含量及分解速度对填埋场的沉降和容量的影响。通过计算发现,填埋体属于高压缩性土,而且是否考虑有机质降解对计算结果影响较大,特别是当降解速率到达0.1/年这一量级时,有机质的降解能够有效的增加填埋场的容量;填埋体的设计密度取决于填埋高度、填埋速率、可分解有机质含量以及有机质分解速率等诸多因素。 本文阐述了填埋体的抗剪强度机理,解释了填埋材料凝聚力随深度增加而内摩擦角基本不变这一现象的物理根源。利用有限元程序USAP分析了填埋场的静力稳定性;通过分析表明填埋场底部的渗滤液收集系统是否正常工作对填埋场内的浸润线自由面曲线形式及最大高度影响很大。为了解填埋体的动力特性,本文利用自行研制的RSA表面波测试系统做了填埋场的瑞利波速试验,并用对结果进行了频谱分析,获得了填埋场剪切波速随深度的变化。本文采用总应力法分析了填埋场在地震作用下的动力响应,通过计算发现,在滑弧搜索的精度相当高的情况下,最危险滑弧的位置仍然比较固定;在这一发现的基础上,引入Newmark地震永久变形的思想,并将其运用于圆形滑动面从而提高了该方法的精度并减少了试算的繁复性。该方法具有普遍意义,同样可以用于各种坝体的抗震分析。分析表明,容重的增加能够有效地抑制填埋场的永久位移的发展。 本文利用上述方法,比较系统而全面地分析了杭州某填埋场扩建工程的沉降和稳定问题,指出原填埋场和扩建部分的交界面尤其是原垃圾坝坝底上方为土工膜及覆盖系统容易破坏的地方,并提出了关于衬垫等系统设计方面的建议。


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