發(fā)布時間：2020-06-30 11:35

【摘要】：隨著我國城市化進程的快速發(fā)展,城市生活垃圾不斷堆積與增加使得大量土地資源被侵占,因此迫切需要對現(xiàn)有的垃圾填埋場進行擴建,而這一做法勢必會使垃圾的處理數(shù)量和填埋高度增加,進而導致防滲層發(fā)生較大的變形固結。因此本文采用理論分析和數(shù)值模擬的研究方法,建立了大變形固結條件下污染物在均質(zhì)介質(zhì)和成層介質(zhì)中的一維和二維運移與轉化模型,其中考慮了土體自重、吸附作用、吸附模式和生物降解性能的影響,并采用COMSOL Multiphysics有限元軟件對上述模型進行數(shù)值求解。根據(jù)模型結果分析污染物在大變形飽和多孔介質(zhì)中的運移和轉化規(guī)律,并得到了以下結論:(1)當土層較薄時,在一維大變形固結方程中土體的自重項可以忽略。在假設土體發(fā)生大變形的模型中,土體變形量約占土體總厚度的15%～35%。另外在成層介質(zhì)中,工況1和工況2的土層被壓縮的厚度與孔隙比不同�？紤]土體發(fā)生大變形固結能延長污染物的穿透時間。(2)吸附作用對污染物在防滲層中的運移與轉化過程影響顯著。在同一條件下,考慮等溫線性吸附的污染物穿透時間是不考慮吸附作用的數(shù)倍,因此吸附作用能有效延長污染物的穿透時間,且對污染物的運移與轉化起到顯著地阻滯作用。與等溫線性吸附相比,等溫非線性Langjmuir吸附下的污染物穿透時間及運移深度較小,因此模型采用等溫非線性Langmuir吸附結果較安全。(3)與改變預固結有效壓力、壓縮指數(shù)以及滲透系數(shù)相比,減小孔隙比對延長污染物在土體中的穿透時間影響最為顯著。因此只有合理的組合參數(shù)才能最有效地對污染物達到阻滯作用。(4)在成層介質(zhì)中分析污染物運移與轉化模型結果,發(fā)現(xiàn)不同工況對污染物的穿透時間基本沒有影響,但在土層交界處污染物濃度分布發(fā)生突變。另外工況2中的污染物濃度分布和運移深度大于工況1。因此合理選擇土層的放置順序?qū)Ψ罎B層設計有重要指導意義。(5)改變土體厚度及擴散系數(shù)對污染物的運移與轉化影響顯著。增加土體厚度、減小的垂直擴散系數(shù)和增大的水平擴散系數(shù)能有效地阻滯污染物在防滲層垂直方向的運移,而設置垂直防滲措置能有效控制污染物在水平方向的擴散。(6)在污染物運移與轉化初期,改變生物降解系數(shù)對污染物的濃度分布及擴.散范圍影響較小,可以忽略不計;在較長時間后,增大生物降解系數(shù),會使污染物在土層中的穿透時間延長,并使防滲層底部土體中的污染物濃度以及擴散范圍縮小。(7)在污染物的二維運移和轉化模型中,在同一深度處,污染物濃度呈中間高、兩邊低的對稱分布趨勢;在同一水平位置處,污染物濃度在污染源范圍外呈先增高后降低的分布趨勢,在污染源范圍內(nèi)污染物濃度分布呈降低趨勢。因此分析污染物在大變形防滲層中的運移與轉化規(guī)律對填埋場中防滲層的設計具有重要的參考意義,對延長垃圾填埋場的服役壽命,減小對周圍環(huán)境的污染的具有重要社會意義。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X799.3
【圖文】：

圖１－１研宄技術路線圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ邋ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ邋ｒｏａｄｍａｐ逡逑１．３．３創(chuàng)新點逡逑推導建立了在等溫非線性Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附模式下，大變形均質(zhì)介質(zhì)和成層介質(zhì)逡逑中污染物運移和轉化的一維和二維數(shù)值模型。并據(jù)此分析了模型中相關項和相關逡逑因素的影響，總結了大變形多孔介質(zhì)中污染物運移和轉化的相關規(guī)律。逡逑１５逡逑

逑３．１．３大變形固結土體的非線性本構關系逡逑如圖３－３所示，設土層厚度為／／，土層在自重以及上覆荷載９的作用下已經(jīng)逡逑固結完畢，水位在距離黏土層上層邊界的從，處，當施加新的豎向均布荷載９邋＝分（0逡逑后，土體發(fā)生新的大變形固結，由此可研宄該模型中的總應力、有效應力、孔隙逡逑水壓力以及沉降之間的相互關系。逡逑ｑＰ＋ｑ逡逑邐邐邐邐Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邐邐逡逑Ｈ逡逑＂邋ａ逡逑圖３－３邋—維大變形固結問題示意逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－３邋Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｏｎｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ邋ｌａｒｇｅ邋ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｂｌｅｍ逡逑土體中的總應力為逡逑（ｊ邋＝邋ｃｒ｛ａ，ｔ）邋＝邋Ｇ｛Ｑ），ｔ）邋＋邋Ｙ＾＾＾ｄａ邐（３－９ａ）逡逑式中，0■（０，0表示土體在ａ邋＝邋0處的豎向總應力。逡逑＾（＾，ｔ）邋＝邋ＱＰ＋（Ｉ邋＋邋ｒｗ［Ｈｗ＋Ｓ（0，ｔ）］邐（３－９ｂ）逡逑根據(jù)式（３－５）可得孔隙水壓力為逡逑ｐ邋＝邋ｐ（ａ，ｔ）邋＝邋ｕ邋＋邋ｒｖ邋［Ｈｖ邋＋邋Ｓ（Ｑ，ｔ］＼邋＋邋ｙｖ＼ａＱ＾＾ｄａ邐（３－１０）逡逑則有效應力為逡逑ａ＇邋＾ａ＇｛ａ，Ｑ＞）邋＝邋ｃｊ－ｐ邋＝邋（Ｔ＾邋＋邋ｑ｛ｔ）－ｕ邐（３－１邋ｌａ）逡逑式中

【參考文獻】

相關期刊論文 前9條

1 張滿紅;艾英缽;陳寬;胡建林;;土體性質(zhì)對Cl~-遷移過程影響的試驗研究[J];科學技術與工程;2014年36期

2 徐江偉;余闖;方冬芳;蔡曉慶;劉俊峰;;考慮降解時變擴散系數(shù)污染物遷移模型解析解[J];地下空間與工程學報;2014年06期

3 李濤;劉利;丁洲祥;;大變形黏土防滲層中的污染物遷移和轉化規(guī)律研究[J];巖土力學;2012年03期

4 詹良通;曾興;李育超;鐘孝樂;陳云敏;;高水頭條件下氯離子擊穿高嶺土襯墊的離心模型試驗研究[J];長江科學院院報;2012年02期

5 胡舸;王維;;土壤污染物運移軌跡模擬研究[J];環(huán)境化學;2010年04期

6 黃璐;趙成剛;張雪東;劉艷;;輸運性質(zhì)受固結過程影響的污染物輸運模型[J];巖土工程學報;2010年03期

7 王水林,馮夏庭,葛修潤;考慮固結效應的溶質(zhì)傳輸研究[J];巖土力學;2004年05期

8 薛強,梁冰,劉建軍,劉曉麗;環(huán)境介質(zhì)中有機污染物運移的數(shù)值模型[J];應用與環(huán)境生物學報;2003年06期

9 王洪濤,羅劍,李雨松,牛冬杰,李立清,李光富;石油污染物在土壤中運移的數(shù)值模擬初探[J];環(huán)境科學學報;2000年06期

相關博士學位論文 前1條

1 張志紅;疏浚底泥污染物在粘土防滲層中的運移規(guī)律研究[D];北京交通大學;2007年

相關碩士學位論文 前5條

1 王思遠;大變形固結條件下污染物遷移規(guī)律模型試驗研究[D];北京交通大學;2017年

2 劉俊峰;可壓縮介質(zhì)中污染物遷移規(guī)律研究[D];溫州大學;2016年

3 鄭健;覆蓋層作用下底泥固結與污染物運移試驗模擬和理論分析[D];浙江大學;2015年

4 崔超;考慮粘土大變形固結下污染物遷移規(guī)律研究[D];北京交通大學;2014年

5 李成龍;黏土固結變形對污染物遷移影響研究[D];北京交通大學;2013年

本文編號：2735258