填埋场封场后的次沉降计算

探讨了封场后填埋场的沉降机理以及填埋体中有机质的降解规律,提出了在分析填埋场封场后的沉降时应单独考虑由于填埋体降解引起的体积减少的观点。提出了分析有机质降解引起的沉降的理论模型,并利用该模型解释了实测中出现的在次压缩后期沉降对数曲线斜率增大的现象。在理想条件下,填埋场的降解沉降为最终降解沉降和一衰减项的乘积。填埋场的最终降解沉降率取决于填埋体的可降解有机质含量和一无量纲数M,其物理含义为降解速率与填埋时间的乘积;而衰减项则是填埋体降解速率和时间的函数。     

城市生活垃圾填埋场沉降分析与计算

城市生活垃圾填埋场无论在填埋过程中还是封顶后都会产生显著的沉降.填埋场的沉降一方面可以增加场区的垃圾消纳量,另一方面将对填埋场的维护和场地再利用产生不利影响.垃圾填埋体的沉降受垃圾土的自重压缩和有机质降解的综合影响.本文从分析填埋场沉降机理人手,提出填埋体的沉降由主沉降、次沉降和有机物分解沉降三部分组成,并给出了沉降估算公式;结合工程实例分析了填埋体的沉降过程,计算表明,一座设计容量为472万m3,设计填埋高度73m的填埋场的扩容率可达97%;封顶后的最终沉降约为填埋高度的10%.文中提出了实行分区填埋、分层压实和加速有机物分解等控制填埋场沉降的建议.     

岩土工程博士学位获得者简介

柯瀚男,1975年生。2002年7月于浙江大学建筑工程学院获得岩土工程专业博士学位,导师:陈云敏教授。现在浙江大学岩土工程研究所工作,主要研究方向为环境土工和土动力学。博士论文“城市固体废弃物填埋场的沉降、静力和动力稳定研究”。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。于2004年获得国家优秀博士论文提名奖。主要成果有:①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。②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     

分层堆填条件下填埋场沉降计算及实例分析

分别采用Sowers模型、Marques模型及应力降解模型编制了填埋场容量及沉降计算程序,模拟分析了分层堆填条件下填埋场的堆填及沉降过程。根据上海老港封顶系统的部分实测沉降数据拟合了这3种沉降计算模型的参数。通过比较发现Sowers模型计算参数简单但模拟结果较为粗略,Marques模型和应力降解模型结果相近,相对而言应力降解模型参数少并容易确定。采用应力降解模型及相应的拟合参数计算了老港填埋场剖面的顶部整体沉降并和实测数据以及中间层沉降计算数据进行了对比分析。除了一些受施工影响较大的区域,该模型及沉降计算方法能较好地模拟填埋场的顶部的沉降过程。计算表明填埋场沉降和不均匀沉降的最大值均可能出现在堆体内部而不是堆体表面,因此必要时堆体内部构筑物设计时应进行沉降和不均匀沉降验算。     

考虑气固耦合填埋场沉降数学模型

为研究城市生活垃圾填埋场孔隙气压对沉降的影响程度，把填埋场简化为非稳定单向气体渗流场，采用Gibson和Lo一维压缩模型及U．S．EPA Landgem产气方程，结合达西定律、气体状态方程、有效应力原理和多孔介质流体动力学理论，建立了考虑气固耦合的填埋场沉降计算模型。填埋场的沉降按封场前和封场后2个阶段分别计算，封场前填埋场接受垃圾，堆填压力增加，而封场后的堆填压力保持不变。运用差分法求解的结果表明，填埋场垃圾体内孔隙气压与深度、时间和透气率等因素有关。封场前，气压随深度和时间的增加而增加：封场后，气压随时间逐渐消散。高透气率的填埋场有较高的气体消散速率。封场前气压的增加减小了填埋场沉降速率，从而导致填埋场的容量减少。提出在填埋场沉降计算和边坡稳定分析时考虑气压影响的必要性。     

垃圾填埋渗滤液中COD浓度的预测模型

在对垃圾填埋场中有机物的溶出、降解规律分析的基础上，建立了预测渗滤液中COD浓度的数学模型，并通过试验得出了模型中的参数。利用该模型并结合娄底市界木冲垃圾填埋场的垃圾填埋方案，预测出了界木冲垃圾填埋场在封场前、后渗滤液中的COD浓度变化情况。     

考虑垃圾体沉降的生物反应器填埋场 渗滤液回灌运移规律

生物反应器填埋场在渗滤液的回灌过程中,垃圾体会产生较大的沉降变形,这主要是由于填埋体的自重和生物降解所致。由于沉降变形会导致生物反应器填埋场中垃圾体的孔隙比减小,孔隙比的减小会影响垃圾体的渗透系数和填埋场所能容纳的渗滤液量。为了研究考虑垃圾体沉降的生物反应器填埋场渗滤液回灌运移规律,根据质量守恒原理,以修正的Darcy定理为基础,结合Elagroudy等人提出的沉降模型,建立了考虑垃圾体沉降的生物反应器填埋场渗滤液回灌的计算模型,应用该模型研究了非饱和条件下渗滤液在生物反应器填埋场中的运移规律,分析了回灌强度、垃圾体初始孔隙比、初始含水率和组成成份等参数变化对垃圾体含水率和填埋场单位表面积回灌量的影响规律。     

城市生活垃圾主压缩特性试验及修正主压缩指数模型研究

城市生活垃圾的修正主压缩指数对于填埋场沉降预测、填埋容量评估和填埋进程规划具有重要意义。通过开展2组大型模型试验和6组填埋柱压缩试验,研究城市生活垃圾的主压缩特性并建立修正主压缩指数模型。修正主压缩指数随含水量的增大而增大,随干重度的增大而减小,随可压缩组分含量的增加而增大;建立以含水量、干重度和可压缩组分含量为主要参数的修正主压缩指数预测模型,并进一步拓展为能够预测修正主压缩指数随埋深的变化;利用苏州七子山填埋场钻孔取样测试数据对模型进行了验证,结果表明模型预测结果较为可靠且比文献模型表现更优;算例分析结果表明,考虑修正主压缩指数随埋深的变化,有利于更加精确地指导生活垃圾填埋场填埋进程规划和填埋容量评估。     

填埋方式对污泥填埋稳定性的影响

参考垃圾填埋场经验,采用模拟填埋场,对污泥分别进行准好氧填埋和厌氧填埋,并定期监测渗滤液水质,利用指数法对两种填埋场的稳定化进行评价.结果表明,与厌氧填埋相比,准好氧填埋方式下污泥容重、密度和孔隙度的增长速度更快;并且准好氧填埋方式更有利于填埋体中污染物的降解,渗滤液中的污染物浓度更低;准好氧填埋场的稳定化速率要大于厌氧填埋场:准好氧填埋场在封场10周后即可达到二级稳定、渗滤液水质达到二级排放标准,而厌氧填埋场在封场30周后才能达到此标准.     

城市生活垃圾填埋场固液气耦合一维固结模型

建立了一维固、液、气三相耦合的大孔隙垃圾固结数学模型。把垃圾视为大孔隙介质,假定基质吸力等于0,即孔隙气压等于孔隙液压,把填埋场简化为非稳定单向渗流场。模型中采用了Gibson和Lo一维压缩流变模型及Landgem产气方程,结合了达西定律、气体状态方程、有效应力原理和多孔介质流体动力学理论。填埋场的沉降按封场前和封场后两个阶段分别计算,封场前填埋场接受垃圾,导致堆载压力增加,而封场后的填埋场堆载压力保持不变。垃圾堆填时产生的超孔隙压力按Hilf分析法计算。运用差分法对固、气耦合问题进行了数值求解。计算结果表明:气压随深度增加而增大,透气率大的填埋场其气压消散速率快。在堆填期,气压随时间增加而增大;封场后,气压逐渐消散。气压增加,导致填埋场沉降速率和容量减小。     

垃圾填埋场沉降变形条件下气-水-固耦合动力学模型研究

基于多孔介质流气–水–固耦合和微生物降解理论,建立描述这一复杂动力学行为的二维气–水–固耦合数学模型,并给出耦合模型的数值格式。通过数值仿真实现垃圾填埋体的变形沉降及气体产生和迁移演化过程的可视化,得到气体压力及产气量随填埋年份的变化规律。数值计算结果表明:填埋体内总应力及孔隙度的改变与垃圾降解变化规律一致;抽气过程使场内气体压力得到释放;由于沉降作用填埋场内水相饱和度有增大的趋势,其中底部变化较顶部明显;此外,气井产量的变化与气体迁移单相模型的计算结果基本吻合,验证耦合模型的可靠性,其研究成果为垃圾填埋场沉降控制与气体资源化利用提供技术支持和理论依据。     

Numerical study of strain development in high-density polyethylene geomembrane liner system in landfills using a new constitutive model for municipal solid waste

Tensile strain development in high-density polyethylene (HDPE) geomembrane (GMB) liner systems in landfills was numerically investigated. A new constitutive model for municipal solid waste (MSW) that incorporates both mechanical creep and biodegradation was employed in the analyses. The MSW constitutive model is a Cam-Clay type of plasticity model and was implemented in the finite difference computer program FLAC?. The influence of the friction angle of the liner system interfaces, the biodegradation of MSW, and the MSW filling rate on tensile strains were investigated. Several design alternatives to reduce the maximum tensile strain under both short- and long-term waste settlement were evaluated. Results of the analyses indicate that landfill geometry, interface friction angles, and short- and long-term waste settlement are key factors in the development of tensile strains. The results show that long-term waste settlement can induce additional tensile strains after waste placement is complete. Using a HDPE GMB with a friction angle on its upper interface that is lower than the friction angle on the underlying interface, increasing the number of benches, and reducing the slope inclination are shown to mitigate the maximum tensile strain caused by waste placement and waste settlement.     

Engineering properties for high kitchen waste content municipal solid waste

Engineering properties of municipal solid waste(MSW) depend largely on the waste's initial composition and degree of degradation.MSWs in developing countries usually have a high kitchen waste content(called HKWC MSW).After comparing and analyzing the laboratory and field test results of physical composition,hydraulic properties,gas generation and gas permeability,and mechanical properties for HKWC MSW and low kitchen waste content MSW(called LKWC MSW),the following findings were obtained:(1) HKWC MSW has a higher initial water content(IWC) than LKWC MSW,but the field capacities of decomposed HKWC and LKWC MSWs are similar;(2) the hydraulic conductivity and gas permeability for HKWC MSW are both an order of magnitude smaller than those for LKWC MSW;(3)compared with LKWC MSW,HKWC MSW has a higher landfill gas(LFG) generation rate but a shorter duration and a lower potential capacity;(4) the primary compression feature for decomposed HKWC MSW is similar to that of decomposed LKWC MSW,but the compression induced by degradation of HKWC MSW is greater than that of LKWC MSW;and(5) the shear strength of HKWC MSW changes significantly with time and strain.Based on the differences of engineering properties between these two kinds of MSWs,the geo-environmental issues in HKWC MSW landfills were analyzed,including high leachate production,high leachate mounds,low LFG collection efficiency,large settlement and slope stability problem,and corresponding advice for the management and design of HKWC MSW landfills was recommended.     

城市垃圾填埋场主压缩沉降的试验分析

为了研究城市垃圾填埋场主压缩沉降对总沉降的影响,并对主压缩沉降作出准确的预测,通过对垃圾试样的压缩试验及理论分析,采用最小二乘法对试验数据的拟合曲线进行优化,建立了城市垃圾填埋场主压缩沉降的计算模型,该模型避免了主修正压缩指数难以确定的问题。结果表明:垃圾试样在整个压缩过程中的修正主压缩指数并非常数,修正主压缩指数与垃圾试样的初始干密度有关;利用垃圾试样初始干密度建立起来的主压缩沉降的计算模型对实际主压缩沉降进行预测,得到了较为满意的结果。     

城市新鲜垃圾抗剪强度参数模型研究

 为研究垃圾填埋场堆填过程中垃圾抗剪强度参数的变化规律,考虑垃圾的压缩过程及剪切位移渐变过程,采用大型固废压缩与直剪联合测定试验仪器,对288个城市新鲜垃圾试样进行了系统地室内试验研究。试验材料分为3种配比,每种配比考虑3个初始孔隙比。试验压缩过程采用4级竖向压力,每级压力考虑8个压缩时间;剪切过程考虑10个剪应变限值。试验结果表明：抗剪强度参数c值和φ值随着剪应变限值的增加而增加,其关系可以拟合为对数表达式;在对试验数据分析的基础上,建立了一个既简单又实用的对数模型,讨论了模型拟合系数的变化规律,得到了模型拟合系数与压缩时间的关系表达式,并给出了模型拟合系数的取值范围。该模型可以预测新近填埋垃圾的抗剪强度参数,为垃圾填埋场的稳定性分析提供理论依据。     

环境土工基本理论及工程应用

随着工业化和城市化的快速发展,各类固体废弃物产量迅速增大,地下水土污染不断加剧,人类赖以生存的环境日益恶化。岩土工程研究者力图利用岩土工程的原理和方法来研究和解决这样的环境问题,并逐步形成了岩土工程学科的一个新兴分支——环境土工。环境土工问题伴随着生化反应、物理变化和机械运动等过程,目前国内外尚未建立统一的基本理论体系。该文论述了土体的生化反应、骨架变形、孔隙水运移、溶质迁移和孔隙气运移机理,并建立了考虑生化反应-骨架变形-水气运移-溶质迁移耦合作用的模型及其控制方程,界定并明确了模型参数及测试方法;揭示了高厨余城市固体废弃物填埋场存在严重的生化降解酸化抑制、骨架弱化和液气传导相互阻滞现象,以及城市固体废弃物压缩变形和液气产生及运移、污染物迁移与土体固结相互作用、污染物击穿防污屏障及覆盖屏障防水闭气的内在机理;结合笔者研究团队近二十年的环境土工研究和工程实践积累,总结了所提出的填埋场固废降解程度、渗滤液产量、填埋气收集率、填埋体沉降与填埋场容量、填埋场边坡稳定、防污屏障服役寿命评价方法以及所研发的填埋场液气立体导排、新型防污屏障和TDR污染土勘察技术的合理性和可靠性,并给出了工程应用实例。     

Afteruse development of former landfll sites in Hong Kong

Landfll is one of the major methods in disposing of municipal solid waste(MSW) in Hong Kong. There are now 13 closed landfll sites in Hong Kong, and a restoration program has been launched since 1999 to transform the closed landfll sites back into recreational area. The MSW underneath these closed landfll sites will biodegrade slowly and gradually, releasing toxic gases and leachate. As there have only been a few afteruse development ever completed in Hong Kong, this paper describes the consideration in planning and design of two former landfll sites in Hong Kong–Ngau Chi Wan(NCW) and Jordan Valley(JV) landflls, in particular a discussion on the MSW settlement. Various models in predicting the longterm MSW settlement have been available. This paper reviews the applicability of these models to predict MSW settlement. However, as the predicted settlements can be signifcantly in error, they need sitespecifc calibration and validation. This paper therefore presents the settlement monitoring data in these former landfll sites over the last 30 years, and suggests modifying the Bjarngard and Edgers’ method for estimating this long-term settlement as well as the effect of additional surcharge due to afteruse development. Based on the regression of these data, compression indices Cce and C at different stages of the settlement in the modifed method have been calibrated and validated.