加肋土工膜复合衬垫系统界面机理及填埋场衬垫边坡稳定性分析

This proposal aims to stablise the fragile interface in the landfill liner system , and to build up the interface mathematic model based on the direct shear test results. The correlation between fractal dimension and shear strength, shearing deformation will be analyzed. At the base of the analogous theory and orthogonal test, the main influence factors involving reinforcement shape, reinforcement space, and geometric dimensions of landfill liner system, landfill height, garbage properties etc. will be analyzed. A series of large scale model test will be designed. The numerical model of reinforced landfill liner system will be set up based on the numerical simulation software PFC3D. The model experiment can be simulated. Along with the model test results, digital image measurement analysis and PFC3D simulation results, the soil particle trajectory, rupture surfaces appearing and developing, gradual damage characteristics of reinforced landfill liner system will be analysed. The interaction mechanism and failure patterns will be elucidated. Finally, through finite element analysis software ABAQUS, the constitutive model of reinforced geomembrane interface will be considered and the influence factors on the stability and the bearing capacity of the liner system will be analyzed. The stability analysis and limit bearing capacity calculation theory of a reinforced geomembrane liner system will be established. The model experiment results and numerical simulation　results will be compared and verified.

针对填埋场衬垫系统薄弱界面容易失稳，本研究拟在直剪试验结果基础上，建立界面剪切变形概化模型，分析粗糙表面分维数对界面抗剪强度及剪切变形特征的影响。基于相似比理论和正交试验方法，考虑肋块形状、肋块间距、衬垫系统几何尺寸、填埋高度以及填埋垃圾性质等因素，设计多种大比例尺模型试验工况，基于三维颗粒流数值仿真技术(PFC3D )，建立加肋土工膜衬垫系统颗粒流数值模型，对加肋土工膜衬垫系统模型试验进行仿真模拟。综合模型试验结果、数字图像量测分析及颗粒流模拟结果，分析加肋土工膜衬垫系统中土颗粒运动轨迹、破裂面产生与扩展规律及加肋土工膜衬垫系统渐进破坏特性，揭示加肋土工膜衬垫系统作用机理及破坏模式。最后，采用有限元软件ABAQUS，考虑加肋土工膜界面的本构模型，分析各因素对衬垫系统稳定性及承载力的影响，建立加肋土工膜衬垫系统稳定性分析方法及极限承载力计算理论，并与模型试验结果进行对比验证。

垃圾填埋场中衬垫系统一般由土工合成材料和垃圾土等组成，但由于土工合成材料间的界面剪切强度往往小于上覆垃圾和土工合成材料界面的剪切强度，造成填埋场沿衬垫系统失稳。本课题通过理论分析、室内模型试验和数值模拟等手段研究加肋土工膜衬垫系统的稳定性和界面加筋特性。理论分析中通过修正Barton的JRC-JCS模型公式，得到土工膜与土工布界面抗剪强度的经验关系式的结果与直剪试验的实测结果相吻合，证明所推导的公式符合工程实际的要求。模型试验通过正交的方法证明了通过使用糙面土工膜或者加肋土工膜以增加其表面粗糙度，加大界面的摩擦力和对砂土下滑的阻力是有用的。数值模拟中通过参数的调整来模拟不同工况，通过改变土工膜的摩擦系数和连接刚度来考虑对模型实验的影响。.为了研究加肋土工膜表面形态对界面剪切强度的影响，基于分形几何理论，采用立方体覆盖法得到不同加肋形式土工膜的表面分维数D。衬垫系统直剪试验结果的基础上，通过添加吻合度系数JMC以及经验系数ƞ，对Barton的JRC-JCS模型进行修正，然后代入加肋土工膜与土工布直剪试验结果中，反算得加肋土工膜表面粗糙度系数JRC与分形维数D的定量关系，可以得到加肋土工膜与土工布界面抗剪强度的经验估算关系式。最后，由经验估算关系式估算界面剪切强度，并将经验公式估算值和直剪试验实测值进行对比，得出计算结果和试验结果吻合良好，所推导的计算公式计算精度和可靠性能满足工程估算的要求。. 利用正交试验原理设计试验方案，对比不同工况的平均沉降值，得到相同肋块高度的条状加肋土工膜，随着加肋间距的增大，加肋土工膜与土工布界面的摩擦力越大，沉降越小。但是当超过最优加肋间距后，效果就会下降。通过对相同加肋间距的条状加肋土工膜的对比分析，得出在一定范围内肋块高度与沉降量成反比，存在一个最优肋块高度使加肋效果发挥到最大，一旦超过最优肋块高度，肋块会因为土的下拽力发生脱落或变形，影响加筋效果。.运用PFC颗粒流程序对加肋土工膜衬垫系统下不同工况进行数值模拟，分析细观参数对稳定性的影响。结果显示，与模型试验所得结果相似，最优加肋间距在175mm-400mm之间，对应的土工膜的摩擦系数在0.3-0.5之间。而对于加肋高度的模拟最优加肋高度在4.5mm-6mm之间，对应的土工膜的摩擦系数在0.4-0.6之间。在误差范围以内，与模型试验的规律一致。