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。     

浓缩液回灌对垃圾填埋体水位及稳定性的影响

成都长安填埋场渗滤液反渗透处理工艺日产260 t浓缩液,拟在填埋场进行回灌处理,回灌工程实施前需评估回灌工程对垃圾填埋体稳定性的影响.在该填埋场工程地质与水文地质勘查结果的基础上,利用GMS软件开展了垃圾填埋体非饱和一饱和三维渗流分析,模拟和预测了浓缩液回灌前后填埋体内渗滤液水位变化.基于渗流分析结果,利用Slope/...     

填埋场动力响应的三维数值模拟分析

以上海老港填埋场四期工程为背景,利用通用有限元软件对填埋场的动力响应特性进行三维数值模拟分析,研究填埋体堆载高度、填埋体边坡坡度、填埋体平面尺寸对填埋场动力响应的影响,得出填埋场在不同填埋体形态下的动力响应规律。计算结果表明:对同一填埋场而言,填埋体测点动力响应随其标高增大而增大。随着填埋体堆载高度的增大,填埋体动力响应逐渐增大。填埋体边坡坡度的变化对于填埋体的动力响应影响较小。     

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.     

垃圾填埋场灾变过程的温度–渗流–应力–化学耦合效应研究

 针对当前垃圾填埋场灾变过程预测与控制的迫切需求,结合垃圾填埋场及其周围复杂而特殊的环境地质条件,从温度–渗流–应力–化学(T-H-M-C)多场耦合角度深入分析垃圾填埋场灾变过程的演化机制与开展多场耦合研究的必要性。提出填埋气体运移的微生物降解–温度–渗流(B-T-H)耦合模型、考虑好氧和厌氧微生物降解作用的垃圾渗沥液污染物迁移转化渗流–微生物降解–化学(H-B-C)耦合模型、复合衬垫系统污染物运移渗流–化学(H-C)耦合模型以及考虑热量变化和水蒸气迁移过程对开裂过程影响的填埋场封场覆盖系统干燥开裂温度–渗流–应力(T-H-M)耦合模型,为垃圾填埋场灾变过程的预测和安全性评价提供有效的分析手段。提出一套多场耦合测试分析方法与试验技术,开发集监测、控制与数据采集于一体的填埋场中污染物传输的多场耦合测试分析系统。形成一套填埋场污染物多参数远程同步监测方法与技术,研制集实时监测与视频监督于一体的垃圾填埋场污染物远程在线监督系统。针对多场耦合作用下封场覆盖系统开裂问题,提出新型环保的垃圾填埋场封场覆盖生态污泥腾发覆盖技术(EST)。上述研究成果可为垃圾填埋场灾变过程的预防与控制提供科学手段和技术支持,同时对于丰富和拓宽多场多相耦合理论的发展具有重要的理论意义和应用价值。     

武汉市垃圾卫生填埋场沉降计算及意义

生活垃圾卫生填埋场的沉降是目前卫生填埋法所涉及的主要的岩土工程问题之一。深人开展生活垃城,卫生填埋场沉降特性的研究意义重大。选取武汉市的一处卫生填埋场,研究了填埋过程中和填埋场封顶后垃圾土的长期沉降变形,结果表明填埋沉降百分率高达100％左右。     

城镇污水处理厂污泥填埋方法与技术分析

通过对污泥填埋处置技术的优点及存在问题的分析论述,指出在污泥填埋时可以考虑在现有垃圾填埋场内进行污泥填埋,而不是重新建设单独的污泥填埋场。介绍了污泥的几种填埋方法,提出根据我国的实际情况可采用单独窄沟填埋和混合填埋方法,其中污泥混合填埋需满足《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》(GB/T 23485—2009)中所规定的要求。对混合填埋改性剂进行了探讨,指出矿化垃圾可作为一种优良的污泥填埋改性剂。     

垃圾填埋气迁移规律的数值模拟研究

用CFD软件FLUENT建立了填埋气迁移的三维多孔介质模型,对填埋场覆盖层、抽气井负压、填埋场周边土壤等对填埋气迁移的影响规律进行了模拟研究,为科学有效的收集利用填埋气奠定基础。     

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.     

填埋场中废弃物稳定问题

介绍了目前我国建设废弃物填埋场的基本思路,指出稳定问题是填埋场设计、施工、填埋和封闭过程中的关键问题,探讨了填埋场稳定破坏的类型,分析了填埋场稳定问题,总结了填埋场垃圾不稳定的产生原理。     

垃圾渗滤液污染的耦合动力学行为及数值模拟

垃圾渗滤液在填埋场中的运移过程受复杂地质环境（渗流场、应力场和浓度场）作用的影响。基于多孔介质流-固耦合及溶质运移理论，建立了垃圾渗滤液运移过程的多场耦合数学模型，并采用P-R隐式差分方法，给出了耦合模型的数值格式。通过编制的计算程序，对多场耦合作用下填埋场内渗滤液的浓度分布进行了动态模拟。模拟结果表明：随着时间的推移，对流作用对渗滤液迁移的影响更加明显；应力场耦合作用下的浓度变化速率相对降低，主要是由于考虑骨架变形后，孔隙介质渗透率的降低直接导致流体平均流速减慢而造成的。因此，对渗滤液迁移规律的研究必须同时考虑渗流场、应力场和浓度场的耦合作用，以此为准确预测渗滤液的污染情况提供更可靠的理论依据。     

三维应力作用下单一裂缝中气体渗流规律的理论与实验研究

深入研究了三维应力作用下裂缝中气体渗流规律,得出了裂缝剪切变形同法向变形一样,对气体裂缝渗流规律有显著影响的结论,并给出了气体单一裂缝渗透系数的解析式。实验证明该式更加符合实际情况。     

水封式LPG地下储库渗流场三维分析

介绍了水封式LPG地下储存的气密条件。对汕头LPG地下储库的丙烷储库做了渗流场三维分析 ,分析水幕作用及其对储洞周围渗流场的影响 ,论证了水封式LPG储库的有效性。对我国水封式地下LPG储库的设计、施工和理论的发展提供了依据     

土工膜破坏原因分析及防治措施

为了防止雨水流入垃圾中形成的渗滤液等多种有害物质流入地下污染地下水以及周围环境,现代垃圾填埋场都设置了防渗系统.防渗系统一般由无纺布、防渗材料以及膨润土土工毯等组成,由于在热应力、拉应力以及穿刺等各种因素的作用下,可能导致防渗系统破坏而使有害物质流入地下.介绍了造成防渗系统破坏的原因及其防治措施.     

兰州某垃圾填埋场场地岩土工程条件评价及防渗处理方案建议

通过对垃圾填埋场场地岩土工程条件的分析,对垃圾填埋场拟采用的防渗方案进行了比选,提出了粘土铺盖加HDPE（高密度聚乙稀）防渗膜的综合防渗方案,对同类工程防渗设计具有参考意义。     

垃圾填埋场截污坝的渗漏分析与治理

介绍了某填埋场截污坝坝基和坝体的防渗措施,分析了调节池蓄水后截污坝发生渗漏可能存在的问题,利用物探、钻探和水质分析等技术手段,查明渗漏发生在混凝土芯墙和放空管接合部位,采用化学注浆和粘土填缝相结合的方法进行处理,取得了较好效果.     

考虑温度影响下煤层气解吸渗流规律试验研究

通过不同温度条件下煤层气渗透率、渗流量测定的试验,研究了温度条件下煤层气渗透率、渗流量的影响因素,得到考虑温度情况下的煤层气解吸渗流规律。利用三维应力条件下煤样吸附解吸试验系统,在三轴渗透仪中加入温度控制系统,测定煤样在温度、围压、轴压和孔隙压力的不同组合情况下的渗透率和渗流量。结果表明,在相同围压、轴压和孔隙压力情况下,煤样渗透率随温度的增加而减少;不同温度条件下,渗透率随孔隙压力的增加均以指数形式递增。在相同围压、轴压和孔隙压力情况下,等温解吸时,煤样渗流量随温度的增加而减少;升温解吸时,煤样20℃吸附、升温至40℃解吸时渗流量比20℃吸附、20℃解吸时明显增加;等温或升温情况下,渗流量随孔隙压力增加均呈现非线性递增关系。这一规律对煤层气热采方式的选择具有重要指导意义。     

内含空腔围岩中气体渗流动力学问题的解析计算与试验研究

以内含空腔的围岩为研究对象,考虑围岩中裂隙度、孔隙度和渗透率等主要因素的影响,忽略次要因素的影响,进行了气体渗流问题的理论研究。基于达西定律,经分析推导,得到了计算内含空腔围岩中气体渗流问题中气体渗透量和气体渗流到达时间等重要参数的解析公式。开展了花岗岩气体渗流试验,将TNT炸药置于花岗岩内部空腔中引爆,以气体产物CO作为示踪气体,测量了其在围岩中的渗透量和渗流到达时间。使用推导的解析公式对试验进行了计算,计算结果表明,解析公式能够快速而准确地计算从内部空腔渗流到围岩介质中的气体体积和气体渗流到达时间。使用推导的解析计算公式估算围岩中气体渗流问题,计算方便快捷,对于实际工程遇到应急问题时,具有较好的实用性。同时,基于理论分析得到的解析计算公式,可以为数值模拟结果的验证和试验研究的设计提供有益的参考。     

地电场作用下煤中甲烷气体渗流性质的实验研究

针对地球物理场中地电场对煤层瓦斯渗流性质的影响，在实验室采用三轴渗流实验装置和电场实施装置，研究了电场作用下煤中甲烷气体的渗流性质。实验结果表明：(1)加电场后，甲烷气体渗流速度比无电场时要大，并且渗流速度随甲烷气体压力梯度增大成线性增加；(2)加电场后，煤中甲烷气体渗流量随电压(电场强度)升高近似成线性增大：(3)煤化程度越高的煤导电性越好，且甲烷气体在煤中的电动效应越明显；(4)同时，加电场后，煤的等效渗透系数可表达成ke=k(1 βE)。此项实验研究探索为电场作用下的煤层中瓦斯渗流及运移规律的进一步研究奠定基础。     

突出煤渗透特性与应力耦合试验研究

 根据常规三轴具有突出倾向型煤的瓦斯渗流试验所获得的瓦斯渗流速度–围压和瓦斯渗流速度–轴压关系,分析具有突出倾向型煤中的瓦斯渗流速度变化与应力的耦合关系,建立一定瓦斯压力下瓦斯渗流速度与围压、轴压的关系式,建立应力–渗透系数方程。结果表明：瓦斯压力和轴压一定时,瓦斯渗流速度随着围压的升高逐渐降低,为二阶曲线关系;当瓦斯压力和围压一定时,瓦斯在型煤中的渗流速度随着轴压的升高呈四阶曲线关系,且型煤破坏后的瓦斯渗流速度大于型煤起始渗流速度。基于试验结果,提出瓦斯渗流困难应力点这一特征值,该参数对预防煤与瓦斯突出事故、提高瓦斯抽采效率具有一定意义。