城市生活垃圾的天然和生物降解渗透特性及渗透与变形耦合机理研究

The natural and the biodegradable permeability and the mechanism of the coupled of the permeate and the deformation will be studided based on the method of laboratory test and the insitu test for the municipal solid waste(MSW). The MSW could be the fresh, biodegradable and the different aged waste in the landfill, and the waste materials will be divided into three parts, which are the materials that is readily biodegradable, difficulty biodegradable and the incompressible solid waste materials. The fresh and the biodegradable waste will be prepared according to the stage of the national economy. The laboratory tests for the large-scale permeate model tank test, tri-axial osmoscope and the permeate column test will be proceeded by considing the large quantity factors, which are components, mixture ratio, initial void ratio, stress, temperature, leachate-recycled and so on. The in situ tests for the pumping permeate test, water injection permeate test, loading test, lateral pressure test will be proceeded in the MSW landfill. The test results of the laboratory test and the in situ test will be compared and analasised, and the mechanism of the coupled of the permeate and the deformation will be profound explanated. The theoretical model of the stress-deformation-permeate-time will be presented, and the finite element program will be worked out for the numerical calculation. Finally, the permeability theoretical calculation and the design method will be put forward for the MSW. This research will have the important teoretical and engineering significance for the effective controling and treating for the leachate, and the stability analysis in the municipal solid waste landfill.

将生活垃圾分为三大类：容易降解的高压缩性材料、很难分解的高压缩性"加筋"材料、不可压缩的固体材料，模拟国民经济发展的不同阶段，按不同的配比配制新鲜及降解垃圾。在垃圾填埋场采集不同埋龄的垃圾，采用室内大型渗透模型槽、三轴渗透仪、渗透柱、渗透与变形联合测定等大型渗透仪器，考虑不同组分、不同配比、不同初始孔隙比、不同应力、不同温度、考虑渗滤液回灌等因素，进行大量的室内渗透试验，并与垃圾填埋场实验区垃圾的抽水、注水等渗透试验结果及现场载荷试验、旁压试验等原位测试结果相比较，全面、系统地研究生活垃圾的天然及生物降解渗透特性，深入解释其渗透与变形耦合作用的机理，建立垃圾的应力-变形-渗透-时间理论模型，编制有限元程序进行数值模拟，提出生活垃圾渗透性的理论计算方法。本项目对于垃圾渗滤液的有效控制与治理、对于垃圾填埋场的稳定性研究都具有重要的理论和实际工程意义。

我国餐厨垃圾含量很高，垃圾填埋场渗滤液导排系统於堵、排水不畅等导致填埋场水位雍高，垃圾填埋场失稳滑移破坏风险加剧，需要深入研究填埋场垃圾的渗透特性及其渗透与变形耦合机理。项目采用大型渗透与压缩相关试验仪器、大型渗透柱试验仪器、大型模型槽等试验仪器，采用试验研究、理论分析和数值模拟等方法，对180组新鲜生活垃圾试样和1152组降解垃圾试样进行了研究，研究过程考虑了垃圾的组分、配比、降解龄期、压力、密度、应变、压缩时间、水头梯度等多因素的影响，对垃圾的渗透特性及渗透与变形耦合机理进行了系统地研究。研究结果表明：（1）垃圾的渗流存在临界水头梯度，当水力梯度超过临界水头梯度时，垃圾才会发生渗流，建立了生活垃圾的临界水力梯度与初始密度的关系。随着垃圾初始密度的增大，垃圾的临界水力梯度增大，这说明，垃圾的密度越大，发生初始渗流越困难。（2）建立了生活垃圾渗透系数与密度的关系曲线。渗透系数随初始密度的增大而减小，其关系可拟合为一条直线，建立了直线关系数学表达式。该关系可以预测垃圾的渗透系数大小。（3）通过模型槽试验，得到了生活垃圾的渗透系数与降解时间的变化规律，随着垃圾降解时间的增长，垃圾的渗透系数减小，减小的趋势可拟合为指数模型，建立了指数模型数学表达式，该模型可以预测降解垃圾降解多年后的渗透系数。（4）建立了渗透系数与压力、压缩时间、密度、压缩应变、龄期的相关关系，提出了渗透系数预测理论模型；（5）得到了新鲜生活垃圾渗透系数的量级范围，进一步解释了垃圾的渗透特性及其渗透与变形耦合机理。研究结果可为垃圾填埋场的渗滤液导排设计、稳定性分析奠定理论基础。