【摘要】：隨著各城市垃圾清運量的快速增長,各填埋場的填埋高度不斷增加,填埋場的穩(wěn)定問題逐漸凸顯出來。填埋場的失穩(wěn)會造成大規(guī)模的人員和財產(chǎn)損失,其后果往往是災難性的。目前對于高滲濾液水位和高填埋氣壓力共同作用導致填埋場滑坡的機理認識還不夠深入,尚缺乏準確的評估方法和經(jīng)濟實用的防控措施,特別是填埋場滲濾液水位和填埋氣壓力的形成機理和分布規(guī)律還有待于進一步研究。高水氣壓力導致填埋場發(fā)生滑坡的特征、程度及規(guī)律以及邊坡穩(wěn)定控制措施的效果有待現(xiàn)場驗證。針對以上問題,開展填埋場邊坡穩(wěn)定性分析及滑移控制的相關研究具有重要的理論及實際意義。本文在國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973)項目“城市固體廢棄物填埋孕育環(huán)境災害與可持續(xù)防控的基礎研究”(2012CB719806)的課題6“填埋場服役性能模擬、災害評價及可持續(xù)防控”(2012CB719806)的資助下,結合“西安市江村溝垃圾填埋場2015年度應急安全監(jiān)測服務項目”、“西安市江村溝垃圾填埋場四期(改擴建)工程勘察評估項目”等工程項目,開展了城市固廢填埋場的液氣壓力分布及共同作用下的邊坡穩(wěn)定分析及穩(wěn)定控制研究。本文所做主要工作和相應研究成果如下:(1)總結固廢的物理化學組分以及不同組分的水解甲烷化過程,通過質量守恒原理得到固廢的產(chǎn)水產(chǎn)氣潛力,匯總不同顆粒尺度下的城市固廢降解速率。根據(jù)城市固廢中的快速降解物質和慢速降解物質不同的降解特性,提出考慮城市固廢的快速降解物質和慢速降解物質的產(chǎn)水產(chǎn)氣模型。(2)提出了填埋場多層水位原位測試方法,在中國西北某填埋場開展現(xiàn)場測試,獲得了各中間覆蓋層之上的水位;利用滲流分析軟件模擬驗證了現(xiàn)場測試所采用的水位恢復試驗方法的可靠性,進一步模擬了多層水位的形成和導排機理。測試和模擬結果表明:現(xiàn)場測試在每一層中間覆蓋層之上均測得了滯水位,各層滯水位高度并不一致,局部區(qū)域出現(xiàn)承壓水;低滲透性中間覆蓋層是多層水位形成的主因。(3)基于現(xiàn)場和室內(nèi)試驗關于填埋氣滲透系數(shù)沿深度變化的試驗結果,提出填埋氣滲透系數(shù)沿深度變化的模型,基于該模型推導了一維穩(wěn)態(tài)氣壓分布,并與不考慮氣體滲透系數(shù)沿深度變化的壓力分布進行對比分析。同時模擬了考慮氣體滲透系數(shù)沿深度變化的一維瞬態(tài)、二維軸對稱穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)的壓力分布。分析不同垃圾填埋厚度、產(chǎn)氣率和氣體滲透系數(shù)的所需抽氣壓力的值,為填埋場填埋氣的收集提供參考。(4)建立填埋場液氣耦合控制方程,結合填埋場實際產(chǎn)水產(chǎn)氣模型,然后分別通過Comsol數(shù)值軟件和OpenGeoSys(OGS)對控制方程進行求解,驗證結果的可靠性。通過模擬得到高廚余城市固廢的液氣分布規(guī)律,揭示城市固廢填埋場中的滲濾液和填埋氣的相互作用機理。同時模擬低廚余城市固廢的液氣分布規(guī)律,并與高廚的城市固廢的分布規(guī)律進行對比。在此基礎上研究了中間覆蓋層對填埋場液氣壓力運移及分布的影響,同時模擬了高廚余城市固廢二維液氣壓力分布規(guī)律。(5)在城市固廢液氣壓力分布基礎上對填埋場邊坡進行穩(wěn)定性分析。對比僅考慮降解產(chǎn)生滲濾液情況下的液相壓力分布和考慮降解產(chǎn)生填埋氣和滲濾液情況下的液相壓力分布,判斷填埋氣對液相壓力的影響。把液氣壓力值從Comsol軟件導出來,進而通過 Geo-Studio 軟件中的 Pressure Head Spatial Functions 導入到 Slope 模塊中進行穩(wěn)定性分析。分別分析了填埋氣、廚余含量、填埋時間對邊坡穩(wěn)定性的影響,以及相同滲濾液導排下不同填埋氣抽排壓力下和相同填埋氣抽排壓力下不同滲濾液導排流量下的邊坡穩(wěn)定控制措施效果。(6)匯總某多層中間覆蓋層填埋場邊坡滑移過程的現(xiàn)場監(jiān)測結果,包括滲濾液水位、表面水平位移和深層側向位移�；诒O(jiān)測數(shù)據(jù),開展穩(wěn)定性分析。結果表明:最大滑移面積達到34760m2,第10平臺的平均表面水平位移量為1.77m;近邊坡區(qū)域堆載是本次失穩(wěn)的主要原因;距堆載區(qū)越近,水位上升更顯著,滑移程度越大;受中間覆蓋層影響,該類型填埋場的主要失穩(wěn)模式是堆體內(nèi)部的局部滑動;近邊坡區(qū)域降水對其穩(wěn)定控制效果明顯。(7)在國內(nèi)某失穩(wěn)填埋場開展利用排水導氣井進行滑移治理試驗,監(jiān)測治理前后的表面位移、深層位移、滲濾液水位、滲濾液導排量和填埋氣組分,評估滑移治理效果。并進一步利用Geo-Studio軟件評估排水導氣井不同導排時間、導排流量及布置方式時的穩(wěn)定控制效果。結果表明:排水導氣井使用后,填埋場最大滑移面積從監(jiān)測總面積的68%降為17%,深層平均滑移速率從2.43mm/d降為0.95mm/d;10 口排水導氣井的最大導排流量279 m3/d,平均導排流量為164 m3/d;模擬分析表明,排水導氣井工作時間越長,導排流量越大,堆體趨于穩(wěn)定所需時間越短;在相同導排總量的條件下,布置3排排水導氣井滑移治理效果優(yōu)于布置1排和2排的效果,當布置2排時,排間距為10m的效果優(yōu)于排間距為20m的效果。(8)在西北某失穩(wěn)填埋場設置34 口平均深度15m的壓縮空氣排水井開展滑移控制,對比分析控制前后的表面位移、深層水平位移和滲濾液水位,并通過軟件分析不同導排工況下的滑移控制效果。結果表明:采用壓縮空氣排水井治理后,表面位移最大速率從237.3mm/d降為78.7mm/d;壓縮空氣排水井的最大導排速率為255m3/d,平均導排速率為132m3/d;模擬分析表明,填埋場的穩(wěn)定性與導排時間和導排速率正相關,受壓縮空氣排水井的井深影響,穩(wěn)定安全系數(shù)最大增幅為20%左右。壓縮空氣排水井造價低、工期短,對填埋場滑移治理效果好,可為各地填埋場滑移控制提供參考。
【圖文】：

１９９２；邋Ｊａｉｎ，邋２００５；邋Ａｂｉｃｈｏｕ等，２００６；邋Ａｂｉｃｈｏｕ等，２００９；邋Ｉｖａｎｏｖａ，邋２００７；邋Ｂｏｇｎｅｒ等，逡逑２０１１；邋Ｃｈｅｎ等，２０１１；邋Ｃｈｉｅｍｃｈａｉｓｒｉ等，２０１２；邋Ｈｏｓｓａｉｎ和Ｈａｑｕｅ，２０１２；馮世進和張旭，逡逑２０１３）。城市生活垃圾填埋場的具體結構見圖１．１，其中最主要的部位包括底部的襯墊系逡逑統(tǒng)、滲濾液收集導排系統(tǒng)、填埋氣收集導排系統(tǒng)、頂部的終場覆蓋系統(tǒng)。逡逑氣休收集與處理系統(tǒng)（排、治）逡逑填埋氣二封場覆蓋系統(tǒng)（防、堵）逡逑\l二，＂，逡逑n蚵艘旱嫦低常ǚ饋㈠義賢跡保背鞘猩罾盥癯∈疽饌跡ǎ眩椋幔畹齲玻埃埃玻╁義希保保渤鞘泄譚咸盥癯』肪逞彝廖侍忮義銑鞘泄譚系淖櫸種擲嚳倍�，紕顸括灰土、渣砾、其X�、塑料、消[�、靳樒A任藁錚�，辶x弦舶ǔ�、肤[鎩⒅衲盡⒅嚼嗟扔謝錚ǎ希鰨澹睿蟮齲保梗梗常誨澹牛歟澹幔澹虻齲保梗梗罰誨澹攏幔潁歟幔�，辶x希保梗梗福誨澹櫻簦幔歟澹齲玻埃埃叮誨澹停錚歟洌澹蟮齲玻埃埃罰誨澹眩酰椋睿岬齲玻埃埃梗誨澹蹋酰锏齲玻埃保埃誨澹冢瑁澹睿緄齲玻埃保常�。辶x險廡┪鎦時惶盥窈�，灾X⑸锏淖饔孟路⑸叢擁納從�，产生大量含有高浓度污染物辶x系納艘漢鴕約淄楹投躉嘉饕煞值奶盥衿�，使周边环境存哉a藪笪廴疽跡ǎ茫瑁澹鑠義系

本文編號：2627097