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垃圾填埋场防渗帷幕服役寿命分析及厚度计算方法

刘伟  
【摘要】:简易填埋场渗滤液渗漏引起的地下环境污染问题越来越受到社会的关注和重视。这类简易填埋场的治理通常是采用综合整治的措施,其中垂直防渗帷幕是最主要污染控制措施,已获得广泛的应用。目前我国垃圾填埋场垂直防渗帷幕服役寿命的研究还比较缺乏。 本文在前期对安徽淮南填埋场调研结果的基础上,进行了污染物在简易填埋场底土中的运移规律及影响因素的分析,并对该填埋场的污染发展趋势进行了预测和评估。在此基础上以渗滤液液中宏量污染物(COD)为对象,建立了填埋场含塑性混凝土防渗帷幕的二维运移数值分析模型,分析了渗滤液水头、防渗帷幕厚度、渗透系数、插入深度、地质条件等因素对塑性混凝土材料类型的防渗帷幕防污性能的影响;基于上述分析结论和经典Ogata-Banks解析解,推导了塑性混凝土类型防渗帷幕厚度的简化计算公式。取得了相应的研究成果: (1)淮南填埋场场底土体中污染物的运移规律分析结果表明:高水头时,对流是污染物在该填埋场天然土层中迁移扩散的主导因素,因此控制垃圾堆体中渗滤液水头、消除对流的主导作用是最为经济、有效的防污扩散和治理措施。由于防渗帷幕在控制水位和地下水渗流方面有较好的效果,说明垂直防渗帷幕可用于填埋场地下环境污染控制和治理。 (2)嵌入式塑性混凝土防渗帷幕服役寿命分析结果表明:渗滤液水头、帷幕渗透性数及厚度对防渗帷幕的性能均有较显著的影响,水头差越小,帷幕渗透系数越低、厚度越大、服役寿命越长;当渗透系数达到1×10-7cm/s,而且底端密封到不透水层中时,通过帷幕的渗流场可以简化为一维水平向渗流,这时扩散作用对帷幕性能的影响与渗流作用相当,在厚度设计中不可忽略。建议在实际工程中通过控制嵌入式帷幕上下游水头差和加强浅部防渗帷幕厚度及防污性能来延长其服役寿命。 (3)悬挂式塑性混凝土防渗帷幕服役寿命分析结果表明:除了渗滤液水头、帷幕渗透性数和厚度之外,场地地质条件和帷幕插入深度对悬挂式防渗帷幕服役寿命的影响显著;对于悬挂式帷幕,污染物可能绕过帷幕底端渗流和扩散,此时加强防渗帷幕的防污性能,并不能延长防渗帷幕的服役寿命,必须加深帷幕的深度,插入深度设计应进行二维渗流-扩散分析,评估帷幕插入深度对其服役年限的影响。 (4)嵌入式防渗帷幕服役寿命分析结果表明:现有基于抗渗梯度的墙厚计算公式仅仅考虑渗流作用可能使得计算结果偏于不安全。本文基于Ogata一维对流-扩散问题解析解提出的塑性混凝土类型防渗帷幕厚度简化计算公式中考虑了扩散项的作用,使得工程设计更安全、合理。


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