【摘要】：隨著我國(guó)城市化進(jìn)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(duì)現(xiàn)有的垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行擴(kuò)建,而這一做法勢(shì)必會(huì)使垃圾的處理數(shù)量和填埋高度增加,進(jìn)而導(dǎo)致防滲層發(fā)生較大的變形固結(jié)。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(jié)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(yùn)移與轉(zhuǎn)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(duì)上述模型進(jìn)行數(shù)值求解。根據(jù)模型結(jié)果分析污染物在大變形飽和多孔介質(zhì)中的運(yùn)移和轉(zhuǎn)化規(guī)律,并得到了以下結(jié)論:(1)當(dāng)土層較薄時(shí),在一維大變形固結(jié)方程中土體的自重項(xiàng)可以忽略。在假設(shè)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(jié)能延長(zhǎng)污染物的穿透時(shí)間。(2)吸附作用對(duì)污染物在防滲層中的運(yùn)移與轉(zhuǎn)化過(guò)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(shí)間是不考慮吸附作用的數(shù)倍,因此吸附作用能有效延長(zhǎng)污染物的穿透時(shí)間,且對(duì)污染物的運(yùn)移與轉(zhuǎn)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(shí)間及運(yùn)移深度較小,因此模型采用等溫非線性Langmuir吸附結(jié)果較安全。(3)與改變預(yù)固結(jié)有效壓力、壓縮指數(shù)以及滲透系數(shù)相比,減小孔隙比對(duì)延長(zhǎng)污染物在土體中的穿透時(shí)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(duì)污染物達(dá)到阻滯作用。(4)在成層介質(zhì)中分析污染物運(yùn)移與轉(zhuǎn)化模型結(jié)果,發(fā)現(xiàn)不同工況對(duì)污染物的穿透時(shí)間基本沒(méi)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(yùn)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(shè)計(jì)有重要指導(dǎo)意義。(5)改變土體厚度及擴(kuò)散系數(shù)對(duì)污染物的運(yùn)移與轉(zhuǎn)化影響顯著。增加土體厚度、減小的垂直擴(kuò)散系數(shù)和增大的水平擴(kuò)散系數(shù)能有效地阻滯污染物在防滲層垂直方向的運(yùn)移,而設(shè)置垂直防滲措置能有效控制污染物在水平方向的擴(kuò)散。(6)在污染物運(yùn)移與轉(zhuǎn)化初期,改變生物降解系數(shù)對(duì)污染物的濃度分布及擴(kuò).散范圍影響較小,可以忽略不計(jì);在較長(zhǎng)時(shí)間后,增大生物降解系數(shù),會(huì)使污染物在土層中的穿透時(shí)間延長(zhǎng),并使防滲層底部土體中的污染物濃度以及擴(kuò)散范圍縮小。(7)在污染物的二維運(yùn)移和轉(zhuǎn)化模型中,在同一深度處,污染物濃度呈中間高、兩邊低的對(duì)稱分布趨勢(shì);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(shì),在污染源范圍內(nèi)污染物濃度分布呈降低趨勢(shì)。因此分析污染物在大變形防滲層中的運(yùn)移與轉(zhuǎn)化規(guī)律對(duì)填埋場(chǎng)中防滲層的設(shè)計(jì)具有重要的參考意義,對(duì)延長(zhǎng)垃圾填埋場(chǎng)的服役壽命,減小對(duì)周圍環(huán)境的污染的具有重要社會(huì)意義。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X799.3
【圖文】：

圖１－１研宄技術(shù)路線圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ邋ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ邋ｒｏａｄｍａｐ逡逑１．３．３創(chuàng)新點(diǎn)逡逑推導(dǎo)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(yùn)移和轉(zhuǎn)化的一維和二維數(shù)值模型。并據(jù)此分析了模型中相關(guān)項(xiàng)和相關(guān)逡逑因素的影響，總結(jié)了大變形多孔介質(zhì)中污染物運(yùn)移和轉(zhuǎn)化的相關(guān)規(guī)律。逡逑１５逡逑

逑３．１．３大變形固結(jié)土體的非線性本構(gòu)關(guān)系逡逑如圖３－３所示，設(shè)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(jié)完畢，水位在距離黏土層上層邊界的從，處，當(dāng)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(jié)，由此可研宄該模型中的總應(yīng)力、有效應(yīng)力、孔隙逡逑水壓力以及沉降之間的相互關(guān)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(jié)問(wèn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(xiàn)】

相關(guān)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(duì)Cl~-遷移過(guò)程影響的試驗(yàn)研究[J];科學(xué)技術(shù)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(shí)變擴(kuò)散系數(shù)污染物遷移模型解析解[J];地下空間與工程學(xué)報(bào);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(zhuǎn)化規(guī)律研究[J];巖土力學(xué);2012年03期

4 詹良通;曾興;李育超;鐘孝樂(lè);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(yàn)研究[J];長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào);2012年02期

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

6 黃璐;趙成剛;張雪東;劉艷;;輸運(yùn)性質(zhì)受固結(jié)過(guò)程影響的污染物輸運(yùn)模型[J];巖土工程學(xué)報(bào);2010年03期

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

8 薛強(qiáng),梁冰,劉建軍,劉曉麗;環(huán)境介質(zhì)中有機(jī)污染物運(yùn)移的數(shù)值模型[J];應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào);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(yùn)移的數(shù)值模擬初探[J];環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2000年06期

相關(guān)博士學(xué)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(yùn)移規(guī)律研究[D];北京交通大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 王思遠(yuǎn);大變形固結(jié)條件下污染物遷移規(guī)律模型試驗(yàn)研究[D];北京交通大學(xué);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(xué);2016年

3 鄭健;覆蓋層作用下底泥固結(jié)與污染物運(yùn)移試驗(yàn)?zāi)M和理論分析[D];浙江大學(xué);2015年

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

5 李成龍;黏土固結(jié)變形對(duì)污染物遷移影響研究[D];北京交通大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2735258