城市固体废弃物静动力强度特性及填埋场的稳定性分析

【摘要】：随着我国城市化水平的提高,伴随而来的是城市固体废弃物(Municipal Solid Waste,简称MSW)的急剧增加。卫生填埋法是我国目前处理MSW的主要手段,作为MSW处理的终极方法必将长期存在。为了增加填埋场的容量,填埋场的高度越填越高,坡度越填越陡,由于对MSW的静、动力强度特性认识不够,世界各国相继发生填埋场的失稳。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MSW静、动力强度特性,并对填埋场的稳定性进行分析。 参照杭州天子岭填埋场MSW的主要成分,人工配制试样(30cm×60cm),利用大型三轴剪力仪进行不固结不排水和固结排水剪试验,分别研究初始孔隙比为2和3的MSW强度与变形特性。根据试验结果,揭示了MSW的强度机理,发现MSW的应力应变关系具有强烈的应变硬化特征,强度参数c和φ随破坏应变取值的增加而增大,提出了采用弹性非线性模型来模拟MSW的应力应变关系。 利用中型动三轴试验仪(试样20cm×50cm)研究了在较大应变范围内MSW的动模量和阻尼比,MSW的动模量和阻尼比随着动剪应变的变化曲线与泥炭土的相关曲线形状基本一致。由于MSW的高压缩性,初始孔隙比不同对试样的动力特性影响不大。并且进行了现场剪切波速试验,提出了最大动剪切模量的估算式。为便于应用,建议了归一化动剪切模量和阻尼比与动剪应变依赖关系的取值范围和平均值曲线,给出了拟合公式的参数取值,将其与美国OⅡ填埋场MSW动力特性的研究结果进行对比。同时进行了MSW的动强度试验,研究了MSW在不同动荷作用下动应变、动强度和动孔压的变化,并对MSW的动应力应变关系进行了整理。 直接采用极限平衡法分析了MSW填埋体的整体稳定性,由于强度参数强烈依赖于破坏应变的取值,对同一填埋场,MSW填埋体的计算安全系数与破坏应变取值密切相关,可见MSW填埋体的整体稳定性与变形的控制标准有关。本文利用有限元法,分析MSW填埋体的稳定和变形。对于MSW填埋体的最小安全系数规定为1.5,MSW填埋体前坡不得发生整体侧向变形,同时局部侧向变形宜控制在5%以内。通过分析MSW填埋体的前坡坡度、高度、本构模型参数和