固體廢棄物填埋場(chǎng)襯里的水力缺陷及愈合機(jī)制

發(fā)布時(shí)間：2021-01-15所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1285次

摘 要： 摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及人民生活水平的提高，產(chǎn)生的城市固體廢棄物數(shù)量也不斷增加，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)帶來了巨大影響.目前各國(guó)對(duì)城市固體廢棄物的處理方法主要有以下幾種：填埋、焚燒及堆肥.填埋法是城市生活垃圾主要的處理方式，垃圾填埋具有

　　摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及人民生活水平的提高，產(chǎn)生的城市固體廢棄物數(shù)量也不斷增加，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)帶來了巨大影響.目前各國(guó)對(duì)城市固體廢棄物的處理方法主要有以下幾種：填埋、焚燒及堆肥.填埋法是城市生活垃圾主要的處理方式，垃圾填埋具有投資省，處理費(fèi)用低，處理量大，所需設(shè)備少，操作簡(jiǎn)便，回收填埋氣可獲得一定經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點(diǎn).

　　關(guān)鍵詞：固體廢棄物;填埋場(chǎng);襯里水力;愈合機(jī)制

　　1.垃圾填埋場(chǎng)常見滲漏類型及原因分析

　　1.1垃圾攔擋壩滲漏

　　由于垃圾攔擋壩以土壩、石渣壩以及土工材料復(fù)合型壩為主，并且攔擋壩常位于填埋場(chǎng)的較低位置，這樣攔擋壩的壩前常常是滲濾液匯集區(qū)。對(duì)于垃圾攔擋壩的防滲結(jié)構(gòu)常布置在上游壩坡面(均質(zhì)土壩除外)，并采用以HDPE膜+GCL膨潤(rùn)土毯的復(fù)合襯里結(jié)構(gòu)為主。由于上游壩坡的防滲結(jié)構(gòu)與庫(kù)底和庫(kù)坡防滲結(jié)構(gòu)搭接位置較多，施工工序多且復(fù)雜，再加上一般的過壩管線(地下水導(dǎo)排管、滲濾液導(dǎo)排管等)等因素，從而會(huì)影響攔擋壩防滲的可靠性。在垃圾填埋過程中，尖銳的垃圾物品以及垃圾卸載、攤鋪不規(guī)范操作等原因，也會(huì)導(dǎo)致攔擋壩上游防滲結(jié)構(gòu)損壞。攔擋壩防滲結(jié)構(gòu)損壞后，滲漏主要出現(xiàn)在下游壩坡的中下部及坡腳部位。

　　1.2庫(kù)底滲漏

　　庫(kù)底防滲結(jié)構(gòu)的作用是將垃圾及滲濾液與下部地下水導(dǎo)流層和基礎(chǔ)層徹底隔離開，地下水在防滲層下自由流動(dòng)，且不被垃圾滲濾液污染，為了提高填埋場(chǎng)的防滲可靠性，常采用雙層襯里和復(fù)合襯里防滲結(jié)構(gòu)。庫(kù)底防滲結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)破損，就會(huì)出現(xiàn)滲漏通道，垃圾滲濾液沿著滲漏通道流向地下水導(dǎo)流層，污染地下水。

　　這樣，地下水就必須通過污水處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后才能排出，這將增加污水處理的負(fù)荷和成本。造成庫(kù)底滲漏的原因主要有三種，其一是填埋場(chǎng)垃圾堆體穩(wěn)定化過程中，因垃圾降解速率不同，容易產(chǎn)生局部不均勻沉降，導(dǎo)致庫(kù)底防滲結(jié)構(gòu)被撕破或刺穿;其二是填埋場(chǎng)運(yùn)行過程中，對(duì)入場(chǎng)廢物運(yùn)輸、卸車、攤鋪、壓實(shí)和覆蓋等作業(yè)操作不規(guī)范，過于接近防滲結(jié)構(gòu)，造成防滲結(jié)構(gòu)破損;其三是庫(kù)底在施工防滲結(jié)構(gòu)時(shí)，存在施工質(zhì)量缺陷。庫(kù)底出現(xiàn)滲漏常表現(xiàn)為地下水被污染，因此庫(kù)底的地下水成為垃圾填埋場(chǎng)運(yùn)行好壞的“晴雨表”。

　　1.3庫(kù)坡滲漏

　　垃圾填埋場(chǎng)的庫(kù)坡是將填埋的垃圾圍起來，對(duì)填埋的垃圾起到側(cè)向支撐的作用，垃圾在降解過程中產(chǎn)生的垃圾滲濾液沿著庫(kù)坡流入庫(kù)底，匯集到攔擋壩壩前，在通過滲濾液導(dǎo)排管到污水處理中心。因此庫(kù)坡的防滲結(jié)構(gòu)也是將垃圾和滲濾液直接跟基礎(chǔ)層隔離開，使基礎(chǔ)層不被污染，也不污染地下水。鑒于庫(kù)坡的施工方便且可靠，庫(kù)坡常采用復(fù)合襯里防滲結(jié)構(gòu)中的GCL+HDPE膜結(jié)構(gòu)型式。庫(kù)坡滲漏一般表現(xiàn)形式為地下水被污染或庫(kù)坡的另一側(cè)有滲濾液滲出，這樣對(duì)垃圾填埋場(chǎng)周邊環(huán)境也帶來極大影響。

　　相關(guān)期刊推薦：《中國(guó)金屬通報(bào)》(月刊)創(chuàng)刊于1993年，由中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)主管，有色金屬技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院主辦。主要報(bào)道內(nèi)容為國(guó)內(nèi)外有色金屬投資、開發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、貿(mào)易、市場(chǎng)、價(jià)格、消費(fèi)、管理、技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策等，范圍覆蓋全部有色金屬品種及鐵合金和不銹鋼、鋼材，信息豐富、快捷、準(zhǔn)確、權(quán)威，分析客觀、深入、獨(dú)立、獨(dú)到。

　　造成庫(kù)坡滲漏主要有兩個(gè)原因，其一是生活垃圾中含有玻璃、陶瓷等尖銳物品，在堆填過程中，容易刺穿庫(kù)坡防滲結(jié)構(gòu);其二是由于庫(kù)坡的防滲結(jié)構(gòu)在堆填垃圾前一直是臨空的，時(shí)間一長(zhǎng)導(dǎo)致防滲結(jié)構(gòu)脫離基礎(chǔ)層。鑒于庫(kù)坡防滲結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞的原因，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)庫(kù)坡防滲結(jié)構(gòu)的表面保護(hù)(在防滲結(jié)構(gòu)面上堆碼袋裝土)和上部錨固可靠性檢測(cè)。

　　2. 固體廢棄物填埋場(chǎng)襯里的水力缺陷及愈合試驗(yàn)

　　目前，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)大型直剪試驗(yàn)、扭剪試驗(yàn)和斜板試驗(yàn)等材料界面剪切特性研究的常規(guī)試驗(yàn)方法，往往只能在一次試驗(yàn)中研究單一界面的強(qiáng)度，對(duì)于多層材料組成的復(fù)合界面強(qiáng)度研究的試驗(yàn)尚處于探索階段。本節(jié)將基于近些年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者在該方面的探索成果進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述。

　　2.1直接剪切試驗(yàn)

　　因設(shè)備簡(jiǎn)單、普及性強(qiáng)，直剪試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)最早用于研究土工合成材料—土界面強(qiáng)度特性的試驗(yàn)研究。但是，這些試驗(yàn)方法難以考慮垃圾填埋場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行條件，諸如運(yùn)行期間場(chǎng)內(nèi)的應(yīng)力變化、滲濾液或降雨入滲導(dǎo)致復(fù)合層中粘土含水率變化對(duì)強(qiáng)度的影響等。因此，這些試驗(yàn)方法只適用于一定的室內(nèi)試驗(yàn)條件，其結(jié)論在工程實(shí)踐中的實(shí)用性和可靠性均有待提高。

　　考慮到在垃圾填埋場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行過程中，復(fù)合襯里層中的材料/GCL中的膨潤(rùn)土層會(huì)隨著垃圾場(chǎng)的運(yùn)行呈現(xiàn)逐漸飽和的趨勢(shì)，這將涉及到非飽和土力學(xué)范疇。因此，在研究復(fù)合襯里層界面強(qiáng)度時(shí)，直剪試驗(yàn)裝備進(jìn)行了改進(jìn)，在剪切過程中，可利用安裝在界面附近的微型孔壓傳感器測(cè)量孔隙水壓力的變化，以達(dá)到從有效應(yīng)力原理和非飽和土力學(xué)的角度分析界面強(qiáng)度的目的。

　　試驗(yàn)中除了引入微型孔壓計(jì)外，還分別進(jìn)行了不同含水量或不同干密度GCL(膨潤(rùn)土)的直剪試驗(yàn)，以模擬研究復(fù)合襯里層在填埋場(chǎng)運(yùn)營(yíng)過程中的破壞機(jī)制。研究結(jié)果表明，負(fù)孔壓對(duì)界面抗剪強(qiáng)度的變化有十分重要的影響，并且界面剪切破壞機(jī)制受法向應(yīng)力水平控制。在較低的法向應(yīng)力作用下的剪切過程中，土顆粒在土工合成材料的表面滑動(dòng);隨著法向應(yīng)力增加，土顆粒嵌入土工合成材料內(nèi)，在剪切力作用下顆粒在土工材料表面既存在滑動(dòng)也具有如犁地一樣的刻劃作用，致使界面處的摩擦力增大，從而界面抗剪強(qiáng)度增加;當(dāng)法向應(yīng)力繼續(xù)增大時(shí)，顆粒的嵌入深度增加，使得其劃痕加深。劃痕越深，土工材料表面的粗糙度越大。

　　當(dāng)法向應(yīng)力達(dá)到一定程度后，當(dāng)合成材料界面摩擦角大于土內(nèi)部顆粒之間的摩擦角時(shí)，潛在剪切破壞面會(huì)從合成材料界面處轉(zhuǎn)移到GCL的膨潤(rùn)土內(nèi)部。界面剪切強(qiáng)度的變化是由滑動(dòng)及犁地式刻劃共同作用引起的。研究雖對(duì)直剪試驗(yàn)有所改進(jìn)，但仍未擺脫直剪試驗(yàn)束縛的缺陷，每次試驗(yàn)只能確定一個(gè)界面的力學(xué)參數(shù)，而在實(shí)際垃圾填埋場(chǎng)的襯里或封蓋系統(tǒng)中是多界面同時(shí)承受外界因素的影響，因此傳統(tǒng)試驗(yàn)不能滿足多界面同時(shí)受力破壞的研究需求。另外，試驗(yàn)中所采用的微型孔壓計(jì)只適用于30kPa以內(nèi)的吸力量測(cè)，使得在對(duì)飽和土樣進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)只能使用非粘性土樣，致使不能獲得粘土在飽和及非飽和狀態(tài)下與土工合成材料界面的抗剪強(qiáng)度。

　　2.2環(huán)剪試驗(yàn)

　　試驗(yàn)過程均按照實(shí)際填埋場(chǎng)運(yùn)營(yíng)期間的應(yīng)力條件，對(duì)不同含水率試樣分別施加不同法向應(yīng)力，使試樣在0.015mm/min的變形速率下剪壞，獲得了不同條件下剪應(yīng)力—剪切位移關(guān)系和剪切強(qiáng)度—GCL膨潤(rùn)土含水率的關(guān)系。研究結(jié)果表明：底部復(fù)合襯里系統(tǒng)的剪切破壞面分布與法向應(yīng)力的大小有關(guān)。

　　根據(jù)法向應(yīng)力的大小，可分為三種破壞模式：在較低的應(yīng)力水平下，破壞面位于GCL無紡?fù)凉げ?mdash;土界面;隨著應(yīng)力增大，破壞面轉(zhuǎn)移到糙面土工膜—GCL有紡?fù)凉げ冀缑?當(dāng)法向應(yīng)力大于300kPa時(shí)，破壞面發(fā)生在GCL膨潤(rùn)土內(nèi)部。試樣在較大法向應(yīng)力下剪切時(shí)，還可以觀察到GCL層的水化膨潤(rùn)土侵入附近的土工織布內(nèi)，而且侵入量隨法向應(yīng)力的增加而增大。

　　當(dāng)破壞面位于GCL無紡?fù)凉げ?mdash;土界面和GCL膨潤(rùn)土內(nèi)部破壞時(shí)，可以觀察到無紡?fù)凉げ疾糠掷w絲和加筋纖維被拉出、拉扯的現(xiàn)象，這將極大地降低GCL的內(nèi)部抗剪強(qiáng)度。復(fù)合封蓋系統(tǒng)剪切破壞面的分布與GCL內(nèi)膨潤(rùn)土的水化程度或含水率有關(guān)。當(dāng)膨潤(rùn)土含水率較低時(shí)，破壞面位于GCL—下覆土層界面;當(dāng)膨潤(rùn)土含水率大于50%時(shí)，破壞面發(fā)生在糙面土工膜—膨潤(rùn)土界面�？梢娖茐拿娴霓D(zhuǎn)移與膨潤(rùn)土含水率有關(guān)，即壓實(shí)粘土水化程度增加，導(dǎo)致粘土強(qiáng)度降低，進(jìn)而引起破壞面由GCL—下覆土層界面向糙面土工膜—膨潤(rùn)土界面轉(zhuǎn)移。——論文作者：朱玉琴 1朱亞東 2

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