垃圾填埋场渗沥液水位壅高及工程控制

 我国垃圾填埋场渗沥液水位普遍壅高,严重影响安全运行。测试和总结垃圾的持水特性、饱和渗透系数以及渗沥液导排层渗透和淤堵特性。通过数值分析,揭示垃圾初始含水率、持水特性以及垃圾和导排层渗透系数对填埋场水位的影响规律。结果表明,垃圾饱和渗透系数随深度和龄期减小、导排层淤堵、垃圾初始含水率高导致水位明显壅高;而垃圾饱和渗透系数较小时,堆体内易形成局部滞水。结合实际工程,验证数值模拟结果,提出并实施水位壅高控制的工程措施,效果十分显著。     

城市生活垃圾填埋场气压分布一维稳态分析模型

掌握填埋场气压分布是填埋气灾害控制和资源化利用的基础。提出了分层垃圾填埋体气压分布一维稳态分析模型及求解方法。该模型可分析含有给定抽气压力或给定抽气流量水平导气层的填埋体气压分布。采用该模型探讨了垃圾分层特征、封顶覆盖层下和填埋体内的高渗透性水平导气层、填埋体底部渗沥液导排系统兼作填埋气导排通道对填埋体气压分布的影响规律。通过参数分析得到以下结论：填埋体垃圾不考虑产气速率和固有渗透系数随垃圾埋深增加而减小（产气速率和固有渗透系数按埋深平均）会高估填埋体内气压;封顶覆盖层下和填埋体内设置水平导气层可有效降低填埋体内气压;填埋体底部填埋气导排通道对填埋气气压较大的深部垃圾降压效果较明显。分析结果表明,该模型可指导填埋气收集系统设计,如水平导气层位置和间距布置及抽气功率选择等。     

排水竖井在垃圾填埋场滑移治理中的应用及效果分析

垃圾填埋场滑移会造成严重的人员财产损失和环境污染,填埋场稳定控制和滑移的治理方法较为缺乏。在国内某失稳填埋场开展竖井排水滑移治理试验,监测治理前后的表面位移、深层位移、渗滤液水位和渗滤液导排量,评估滑移治理效果。并进一步利用Geo-Studio软件评估排水竖井不同导排时间、导排流量及布置方式时的稳定控制效果。结果表明:排水竖井使用后,填埋场最大滑移面积从监测总面积的68%降为17%,深层平均滑移速率从2.43 mm/d降为0.95 mm/d;10口排水竖井的最大导排流量279 m~3/d,平均导排流量为164 m~3/d;模拟分析表明,排水竖井工作时间越长,导排流量越大,堆体越快趋于稳定;在相同导排总量的条件下,布置3排竖井滑移治理效果优于布置1排和2排的效果,当布置2排时,排间距为10 m的效果优于排间距为20 m的效果。排水竖井滑移治理和稳定控制应用效果较好,可为填埋场堆体稳定控制提供参考。     

基于渗流-压缩耦合作用的填埋场渗沥液导排量分析

目前,渗滤液的导排量分析通常采取水文分析方法或经验公式获得,不考虑由于填埋体的压缩引起的排出,从而低估渗滤液导排量或难以估计封场后渗沥液的产生情况。采用有限元软件模拟填埋体压缩及饱和-非饱和渗流过程,考虑了填埋体渗透系数由于压缩发生的改变而变化,分析了各堆填阶段的渗沥液导排量。研究了初始含水率、压缩性、降雨强度等对渗滤液导排量的影响,并和现场实测数据进行了对比验证。结果表明：垃圾初始含水率、压缩性、降雨强度是决定渗沥液导排量的主要因素,垃圾初始压缩指数C_c为1.31时的渗沥液导排量比不考虑压缩堆填期间的渗沥液导排量提高了26.0%;分区填埋作业时,渗沥液导排较小,且随时间波动较小。     

南方山谷型填埋场渗滤液产量及水位控制措施

在我国南方建成的第一批山谷型填埋场大多存在渗滤液产量大、堆体中渗滤液水位高的问题。基于对南方几个典型填埋场的现场调查和相关测试结果,从水量平衡的角度分析了影响山谷型填埋场渗滤液产量的关键因素,探讨了我国现有山谷型垃圾填埋场在渗滤液产量及水位控制方面存在的问题,并借鉴国内外相关工程经验教训提出了一些改进措施(包括采用带有垂直防渗体的截洪沟来控制场外汇水区域地下径流补给量、采用新型临时覆盖材料及工艺避免在堆体中形成渗滤液阻滞层、渗滤液收集与导排系统的防淤堵设计及淤堵反冲洗维护措施等)。     

考虑垃圾体成层性的渗滤液回灌运移规律

渗滤液回灌不仅能处理渗滤液、节约费用和保护环境,而且加速了填埋场稳定化,增加了产气率。以上海某填埋场四期工程为计算模型,本文考虑垃圾土沉降导致的成层性,运用SEEP/W有限元软件模拟渗滤液喷洒回灌。垃圾土在自重作用下会产生较大的沉降变形,导致垃圾土的孔隙率随深度变化,残余含水量、饱和含水量及饱和渗透系数也随之变化。在数值模拟中,以VGM(van-Genuchten-Mualem)函数描述垃圾土渗透系数与基质吸力关系,以流量边界模拟填埋场顶部、底部的渗滤液回灌和导排,分析了回灌过程中渗滤液的饱和-非饱和渗流情况,进而探讨了垃圾土成层性、回灌强度和排水流量对渗滤液运移规律的影响。     

对于泰斯模型的几点新认识

通过对泰斯模型的讨论 ,分别给出了变流量的地下水头计算公式 ,地下水恢复水头计算公式 ,特别是变流量抽水时的恢复水位的计算公式。同时给出了导水系数变化时的水位计算公式和定降深时的流量计算公式。拓展了泰斯公式的应用范围     

饱和方式和泥岩含量对堆石料渗透系数的影响

在进行渗透试验时,对于高渗透性的过渡料,主堆石、次堆石采用水头饱和;对于中渗透性、甚至是低渗透性的垫层料,采用抽气饱和则可节约很多时间。由于地质构造等原因,岩体中也常含有泥岩夹层。因此有必要探讨饱和方式和泥岩含量对堆石料渗透系数的影响。针对无锡马山抽水蓄能电站水库大坝的填筑材料,利用粗粒土渗透仪进行一系列的渗透试验,探讨饱和方式和泥岩含量对堆石料渗透性的影响。研究结果表明,饱和方式对堆石料渗透系数的影响不大;堆石料中泥岩含量增加,渗透系数减小,当泥岩含量足够大时,堆石料的渗透系数将变得很小,堆石料的渗透系数与其泥岩含量之间存在负指数关系。     

饱和方式和泥岩含量对堆石料渗透系数的影响

 在进行渗透试验时,对于高渗透性的过渡料,主堆石、次堆石采用水头饱和;对于中渗透性、甚至是低渗透性的垫层料,采用抽气饱和则可节约很多时间。由于地质构造等原因,岩体中也常含有泥岩夹层。因此有必要探讨饱和方式和泥岩含量对堆石料渗透系数的影响。针对无锡马山抽水蓄能电站水库大坝的填筑材料,利用粗粒土渗透仪进行一系列的渗透试验,探讨饱和方式和泥岩含量对堆石料渗透性的影响。研究结果表明,饱和方式对堆石料渗透系数的影响不大;堆石料中泥岩含量增加,渗透系数减小,当泥岩含量足够大时,堆石料的渗透系数将变得很小,堆石料的渗透系数与其泥岩含量之间存在负指数关系。     

某简易垃圾填埋场封场工程设计要点

结合工程实例,分析总结了简易垃圾填埋场封场设计中的3个要点问题,即堆体整形、防渗和气体导排的解决方案,对国内同类型的垃圾填埋场封场工程具有一定的借鉴作用。     

竖井抽水下垃圾填埋场渗滤液运移规律研究

城市固废由于组成成分的多样性及分层填埋等原因,导致渗滤液运移存在明显的优先流及各向异性现象。在成都某填埋场开展多口竖井抽水及水位恢复试验,同时结合高密度电法技术(ERT)现场大尺度研究渗滤液分布及运移规律。多口竖井水位恢复试验显示填埋体内渗滤液运移具有明显的不均质性,表现为同一填埋场不同位置的竖井抽排性能差异较大,竖井周围垃圾渗透系数值分布范围为2.35×10-5~3.90×10-4 cm/s。竖井抽水下周围监测井的水位异常变化表明渗滤液补给存在明显优先流特征。ERT监测渗滤液抽水及回灌过程中堆体内电阻率变化,进一步揭示了现场渗流存在显著的各向异性和优先流特征,主要渗流路径与水平向呈0~30°。     

生物反应器填埋场中水平沟回灌渗滤液非饱和-饱和渗流分析

水平沟回灌是生物反应器填埋场中渗滤液回灌的主要模式之一，为研究水平沟回灌时生物反应器填埋场中渗滤液的非饱和-饱和运移规律，垃圾体的饱和与非饱和区域采用不同水流控制方程，饱和区域的水流控制方程采用饱和Richards方程，对垃圾体非饱和区域，由质量守恒原理，以修正的Darcy定理为基础，结合Elagroudy等提出的垃圾体沉降模型，建立了考虑垃圾体沉降的非饱和渗滤液运移控制方程。基于建立的考虑沉降特性的二维非饱和-饱和水平沟回灌计算模型，研究了水平沟回灌时渗滤液在生物反应器填埋场中的运移规律，提出水平沟回灌系统的设计方法。     

低固结压力下土–膨润土防渗墙填料渗透和扩散系数测试

渗透和扩散是污染物在防渗屏障中迁移的重要方式,当前对低固结压力下土–膨润土防渗墙渗透系数和扩散系数测试是否必须采用柔性壁渗透仪、是否必须对试样进行固结尚无统一看法。按土–膨润土防渗墙施工工艺制备填料,使用柔性壁渗透仪测试了30,50和100 k Pa有效固结压力下填料渗透系数,进行刚性壁土柱渗透–扩散试验测试了10 k Pa固结压力下填料渗透系数和扩散系数,基于加速沥出试验原理提出快速测定高塌落度填料有效扩散系数的透析试验方法。柔性壁渗透试验结果表明,填料流入和流出渗透系数均随水力梯度增大而增大,存在起始水力梯度,柔性壁渗透试验的起始水力梯度在6.82~8,随固结压力由30 k Pa增至100 k Pa,渗透系数由5.21×10~(-8)降至3.78×10~(-8) cm/s。10 k Pa固结压力下,刚性壁渗透–扩散试验测得起始水力梯度为5.67,渗透系数为7.14×10~(-8) cm/s,试验不存在侧壁渗漏,填料中Cl~-有效扩散系数为3.12×10~(-6) cm~2/s。透析试验填料未经固结,测得有效扩散系数为4.45×10~(-6) cm~2/s。掺入6.02%膨润土后,粉土渗透系数降低约4个数量级,有效扩散系数仅降低约一半,扩散将是膨润土系防渗墙中污染物迁移的主要方式。     

冻结状态青藏粉质黏土的渗透系数测量研究

粉质黏土在青藏高原多年冻土地区广泛分布,为了充分认识其在冻结状态下的渗透性质,开展了一系列渗透试验测量了在-0.6℃~0.1℃条件下含水率为50%的青藏粉质黏土的渗透系数。结果显示:在高负温区间内,冻结粉质黏土的渗透系数处于8.22×10~(-11)~7.19×10~(-9) cm/s之间;另外,渗透系数与土温之间呈现出幂函数关系,土温越接近于0℃,渗透系数增大越快;冻土的渗透系数表现出随着未冻水体积含量的增加而快速增大的趋势。渗透性的存在可测意味着高温冻土在外荷载下会存在固结作用。     

基于优势流及各向异性随上覆压力变化的填埋体饱和渗流模型

生活垃圾由于组成成分的多样性及分层填埋,其孔隙呈不均匀分布,并且水平向多于竖向。填埋体中的渗流存在明显的优先流效应,各向异性显著并受上覆压力等因素影响。基于Poiseuille方程,根据上覆压力作用下生活垃圾孔隙形状、孔隙尺寸分布及孔隙排列方向分布特征,提出了基于优先流及各向异性的饱和渗流模型。揭示了新鲜生活垃圾分布变化规律,0~200 k Pa,大孔隙逐渐消失,平均孔隙直径与可排水孔隙率呈指数下降,孔隙排列角度逐渐水平向倾斜。采用新建饱和渗流模型进行分析计算,确定采用可排水孔隙率可比总孔隙率更好地模拟垃圾孔隙渗流特性。渗流由大孔隙优先流主导,0~600 k Pa内计算获得新鲜垃圾水平向饱和渗透系数变化范围为10~(-2)~10~(-5)cm/s。给出了渗流各向异性值的计算公式,渗流各向异性值大体随上覆压力增加而增大,并与初始孔隙排列角度相关;0~600 k Pa内计算得新鲜垃圾渗流各向异性值变化范围为1~10。     

非饱和导排结构控制降雨入渗的边坡物理模型试验

膨胀土渠坡失稳是影响南水北调中线供水工程安全性的重要因素之一,而对其边坡进行防渗处理是解决膨胀土边坡失稳的有效途径。针对传统边坡防渗处理方法(面板与土工布覆盖等)存在生态功能弱以及使用寿命短等不足,开展了非饱和导排结构的边坡防渗效果的物理模型试验研究。利用土壤剖面负压动态监测数据,采用非饱和渗流理论,在不同降雨强度与不同初始含水量条件下,对比分析了两种非饱和导排结构即细/粗粒二元结构和粗粒单一结构,控制降雨入渗边坡的效果。研究结果表明:在降雨强度为4.18×10-4 cm/s的情况下,二元结构能有效阻止降雨入渗;且细粒层初始含水量越低,其储水能力越强,二元结构控制降雨入渗的效果相对越好。在降雨强度为1.72×10-4,4.18×10-4,4.97×10-4 cm/s的情况下,粗粒层单一结构对降雨入渗边坡均具有一定的控制作用,但有5.6%~10.7%的降雨从模型底部排出,存在入渗风险。总体上,从排水–渗流控制效果与生态功能角度考虑,二元结构明显优于单一结构。研究成果可为解决南水北调膨胀土边坡以及其它工程边坡的渗流控制问题提供技术支撑。     

新型透明黏土制配及其物理力学特性研究

基于人工合成透明土材料和PIV技术的可视化模型试验方法是重要的岩土工程测试手段之一,然而,目前已有透明土材料中针对模拟天然黏土的材料仍相对较少。提出以Carbopol~ Ultrez10聚合物(简称U10)、NaOH粉末和纯净水为原材料,碳纳米材料掺入作为示踪粒子制成散斑场,制配一种新型透明黏土材料的技术方案与操作方法。基于调制传递函数(MTF)方法,对新型透明黏土材料的光学透明性进行量化分析,并与已有透明土材料的光学透明性进行对比分析,验证其优越性。基于微型十字板剪切试验、压缩固结试验、渗透试验及热传导试验等室内试验方法,对新型透明黏土材料的物理力学特性进行系统研究,探讨其模拟天然黏土的可行性。研究结果表明:新型透明黏土材料的光学透明厚度可达25～40 cm,较目前已有常规透明土材料的光学透明厚度提高约2～3倍;新型材料表现为中低灵敏性黏土、强度随时间明显增加,强度、压缩固结特性与天然淤泥(尤其是海相淤泥)或泥炭土的性质相近,渗透系数为2×10~(-7)～7×10~(-7)cm/s,热传导系数为0.62～0.71 W·M~(-1)·K~(-1)。     

不同降雨模式条件下填埋场封顶系统最大饱和深度

根据水量平衡原理,以扩展的 Dupuit 假定为基础,建立了填埋场封顶系统饱和深度的计算模型,应用该模型研究了均布型、前峰型、中峰型和后峰型 4 种降雨模式对填埋场封顶系统饱和深度的影响,并分析了不同降雨模式条件下降雨强度、排水层渗透系数、水平排水距离和斜坡坡度对封顶系统最大饱和深度的影响规律。计算结果表明,前峰型降雨模式条件下封顶系统饱和深度的增长速率最快,后峰型增长速率最慢,均布型和中峰型对应的饱和深度增长速率介于上述两者之间;封顶系统最大饱和深度随排水层渗透系数的变化有一敏感范围,处于该范围内最大饱和深度随排水层渗透系数的增加显著减小;水平排水距离的增加会引起封顶系统最大饱和深度明显的增大。