城市垃圾填埋场固液气相互作用性状研究

摘要

本文分别从城市生活垃圾固、液、气相互作用试验和一维固、液、气三相耦合大孔隙垃圾填埋场固结数学模型二个方面,介绍了有关填埋场固、液、气相互作用问题的研究成果.研制了一套城市垃圾固、液、气相互作用试验系统,该系统具有加压、温度控制、渗滤液回灌和气、液体收集等功能.对直径为190mm的初始高度为320mm的代表性垃圾试样,在150kPa竖向压力下进行了降解压缩试验.试验结果表明,温度是影响降解的主要因素,回灌能加快产气速率,在400kPa的气压下(绝对气压),降解仍能继续进行.在温度为41℃和渗滤液回灌的条件下,6个月后降解已基本结束,总的变形量为142mm,其中主压缩变形量为65mm,降解与蠕变引起的变形量为77mm.同时发现气压对变形有重要影响.垃圾的变形模量在降解后有所提高.所建立的一维固、液、气三相耦合的大孔隙垃圾固结数学模型中,把垃圾视为大孔隙介质,假定基质吸力等于零,即孔隙气压等于孔隙液压,把填埋场院简化为非稳定单向渗流场.模型中采用了Gibson和Lo-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.