城市固体废弃物大应变三轴试验研究

作     者：连宝琴 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈云敏;朱斌

授予年度：2012年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：城市固体废弃物 三轴试验 剪切强度 应变软化 加筋 应力路径 有效应力 孔隙水压力 

摘      要：近些年来,随着我国人口数量的增长及城市化进程的加快,城市固体废弃物(MSW)的产量急剧增长,而到目前为止填埋仍是经济、环保的处理垃圾的方式。因而,设计并启用更高、更陡的新垃圾填埋场或者在已有的填埋场进行扩建可以适应这一形势所需。而MSW的压缩性、剪切强度等工程特性在设计与维护填埋场时最为重要。众所周知,垃圾的成分复杂、各向异性、随着填埋时间的推移不断降解,垃圾填埋场容易发生较大的变形及稳定性问题。对MSW性质的深刻认识和理解对于计算与预测MSW的力学特性极为重要,且填埋场的变形与稳定问题可以基此进行研究解决。鉴于目前对MSW应力-应变关系进行研究时,进行三轴试验研究时主要局限在较低的应变水平(一般小于30%)的CD试验上,而CU试验鲜有研究;因而有必要开展大于30%应变的三轴CD与CU试验,为研究MSW的变形与稳定性问题提供依据。 本文首先进行了不同填埋深度与龄期的MSW原状试样的三轴CD试验。试验结果表明：垃圾的应力-应变曲线呈现软化,且填埋深度越浅、龄期越小则出现应变软化时所需要的应变越大;在峰值强度前,随着填埋深度的增加,垃圾的粘聚力没有明显的变化规律,而垃圾的摩擦角基本不变化;在峰值强度处,粘聚力随着填埋深度的增大先增大后降低,而摩擦角却略有降低;建议成都垃圾的平均破坏强度指标取Cd=OkPa,φd=43-45°。 为了进一步研究MSW在初始含水率较高并受到上覆应力时MSW中的孔隙水压力难以排出的情况,进行了MSW重塑样三轴CU试验。试验结果表明：填埋深度大于一定深度时,垃圾的应力-应变曲线会出现软化;在30%应变前,垃圾总粘聚力随着填埋深度与降解程度的增大没有表现出特定的变化规律,总摩擦角随着深度和降解程度增大而增大;在峰值强度处,垃圾的总粘聚力随着填埋深度与降解程度增大而减小,总摩擦角随着降解程度增加而增大。 CU试验剪切过程中,孔隙水压力会先逐步上升,最后趋于一个接近围压的稳定值。CU试验中MSW的有效应力路径为“S形,即超过一定的应变水平后,由于超孔隙水压与围压接近,有效应力路径曲线与通过原点的斜率为1的直线平行。虽然剪切到一定的应变水平后,垃圾试样的有效应力接近于0,但是垃圾体没有和其他土体一样出现不稳定的现象(比如液化),仍然有较高的强度。 最后利用CU试验结果,根据垃圾中的“加筋相比例,采用孔隙水压力折减系数Am对剪切过程中产生的超静孔隙水压力进行修正后,CU试验获得的有效应力指标相比于采用太沙基有效应力原理公式获得的指标会小一些,而且这种差别在高应变水平会变得更大;通过修正后的有效强度指标与CD试验获得的指标比较接近。