城市固体垃圾的长期生物降解特性及其变形、强度耦合作用机理研究

随着我国经济的快速发展，城市固体垃圾的产量逐年增多，垃圾填埋体的高度逐年增高，垃圾填埋场的稳定性问题比较突出，如果填埋不当，填埋体将失稳滑移，造成灾难性的后果。本项目在此工程背景下，开展城市固体垃圾材料的压缩变形与强度相关特性研究，提供可靠的动态强度参数，为垃圾填埋场的稳定性分析提供依据。本项目主要研制了城市固体垃圾的大型直接剪切试验设备、垃圾降解试验箱、大型垃圾压缩与直接剪切联合测定试验仪器，采用室内试验，现场测试、数值模拟及理论分析的方法，考虑垃圾的3个配比、3个初始孔隙比、3个初始密度、4个降解龄期、4级压力、7个压缩时间、10个剪应变等因素，模拟垃圾填埋场的渐进滑移破坏过程，研究了垃圾的分类方法、压缩变形特性、变形与强度相关特性、强度参数模型及模型拟合系数的变化范围。研究结果表明：垃圾的强度特性符合库伦定律；得到了不同压缩时间、不同剪应变限值MSW的抗剪强度包线；建立了垃圾的抗剪强度与压缩应变、降解时间、剪应变限值的相关表达式，建立了垃圾强度参数的数学模型，研究了模型参数的变化规律，得到了模型参数的变化范围，建立了模型参数的数学表达式。研究了垃圾的变形与强度相关特性，解释了垃圾变形与强度耦合作用机理。给出了垃圾强度参数的变化范围，配比1垃圾的内聚力在6.14～34.17 kPa之间，内摩擦角在5°～30.62°之间；配比2垃圾的内聚力在8.15～31.22 kPa之间，内摩擦角在6.4°～26.4°之间；配比3垃圾的内聚力在6.66～30.5 kPa之间，内摩擦角在4.1°～25.6°之间。研究结果可为垃圾填埋场的稳定性提供科学依据，同时，该项目的研究对于促进岩土工程与环境工程的学科交叉，增进人们的环境保护意识，提高政府相关职能部门的决策水平都具有重要的理论和实际工程意义。