基于集对-组合赋权的填埋场失稳风险评价方法

我国填埋场具有高水位、高气压的特征,现有规范和研究中虽提出了不同的稳定性评价指标和分级标准,但对指标权重和综合风险评估缺乏系统性研究。为此,建立了涵盖填埋场几何构型、垃圾土抗剪强度、液气赋存情况和降雨4类7个指标的填埋场失稳风险评价指标体系,通过参数敏感性分析实现5级分类(稳定、较稳定、基本稳定、不稳定、极不稳定),并采用集对分析构建指标联系度函数。采用指标重要性排序法,通过参数敏感性分析、工程失稳事故、文献关注度统计和博弈论组合赋权,确定了评价指标的综合权重。最后,将指标综合权重与指标联系度函数耦合,建立了填埋场失稳风险综合评价模型,并应用于一实际填埋场工程中,与现场实际监测数据结果一致,验证了评价模型的准确性和有效性。

填埋场复合衬垫界面动力剪切特性研究

填埋是我国生活垃圾的主要处置方式。复合衬垫系统作为污染物与外部环境之间的屏障,是现代生活垃圾填埋场的重要组成部分。复合衬垫界面的动力剪切强度较低,在地震作用下填埋场极易沿衬垫界面发生滑移,并进一步造成填埋场整体结构的失稳破坏。针对国内外现有填埋场中常见的糙面HDPE土工膜-压实黏土复合衬垫界面,利用大型界面动力直剪仪,开展了考虑剪切位移振幅因素影响的动力剪切试验,得到了糙面土工膜-压实黏土衬垫界面的应力-位移曲线及动剪切强度演化过程,并进一步分析了动剪切模量和动阻尼比的振幅相关性。通过与已有涉及其他类型衬垫界面的对比,分析了糙面土工膜-压实黏土作为填埋场复合衬垫的抗震有利因素。

双锚片螺旋锚倾斜拉拔承载特性与承载力计算方法研究

目前对多锚片螺旋锚倾斜拉拔承载特性机制的认识尚不全面,承载力计算方法也还不成熟。采用自制模型试验装置开展了双锚片螺旋锚的多角度倾斜拉拔模型试验,分析了荷载倾角、埋深比对荷载−位移曲线和抗拔承载力因子的影响规律。通过量化水平向和竖向的控制程度分析了两个方向的耦合效应;基于数值模拟标定了锚片间距和荷载倾角对锚片上土压力的影响,提出了锚片上土压力影响系数计算方法,引入考虑位移影响的土压力近似计算方法和p-y曲线法,构建了双锚片螺旋锚倾斜拉拔力学模型,提出了双锚片螺旋锚倾斜拉拔承载力计算方法和相应步骤,并在3个试验案例的计算中取得了较好的效果。所提模型和计算方法的研究思路可推广至其他多锚片的情况,但螺旋锚需满足属于刚性短桩的前提条件。

基坑开挖与承压水突涌对桩基承载力影响分析

为研究基坑开挖与承压水突涌对桩基承载力的影响,选取典型工程案例,通过现场水位观测调查含水层分布情况及水位埋深,进行了坑底抗突涌验算,结合现场突涌发生过程,分析了突涌发生的原因。通过原位静力触探试验结果的对比,分析了坑底各土层扰动度以及扰动度随深度的变化规律,并提出了扰动度与桩基设计参数的关系。结果发现:承压水击穿管桩土塞是引起突涌的主要原因;基坑开挖对坑底以下土体的影响深度约6.5 m~9 m,扰动度随深度线性递减;突涌对桩端以上约2 m范围土体强度影响最大,最大扰动度达到0.91,对桩端以下2 m~4 m深度范围土体影响线性递减;承压水突涌对桩基承载力影响远大于基坑开挖对桩基承载力的影响,突涌点位置桩基承载力受到的影响最大,距离突涌点越远影响越小。

砂土地基中螺旋锚上拔承载特性试验与理论研究

目前多锚片螺旋锚上拔承载的理论研究需人为引入临界埋深比和临界间距比的概念,这将一个连续演化问题割裂成多种特殊工况,但两个临界值的取值标准又存在不统一的问题,导致理论的工程应用存在风险。基于模型试验并结合数字照相测量技术开展砂土地基中螺旋锚上拔承载特性研究,主要得到以下结论:①单、双锚片螺旋锚上拔荷载位移曲线的变化均可分为增长区间和震荡下降区间两个阶段,埋深比越大,荷载峰值越高,但随之增强的土拱效应也导致曲线震荡幅度越显著。②抗拔承载力突破因子Nγ随埋深比的变化曲线存在峰值特征,先快速增大后缓慢减小;下层锚承载力发挥系数η随间距比的增大呈先快后缓的增加趋势。③多锚片螺旋锚的各层锚片对应的破坏滑动面均可用随埋深比增大长短轴比逐渐减小的椭圆来刻画,首层锚滑动面与同埋深下单锚片滑动面形态一致,下层锚滑动面的椭圆长短轴之比受到间距比变化的影响可分为3个阶段。④多锚片螺旋锚的首层锚和下层锚各自有3种滑动面工况,对应3种力学模型,这取决于埋深比和间距比,螺旋锚总的上拔承载力学模型由它们组合而成。⑤推导建立了多锚片螺旋锚上拔承载力计算方法,该方法可以考虑任意锚片数量、埋深比和间距比,并通过对4个松砂和中密砂地基中试验案例的计算验证了该方法的有效性。

好氧修复下填埋场稳定化综合评价方法及其应用

好氧修复技术具有加速填埋堆体稳定化的优势,正确评估其稳定化进程对好氧修复系统的设计和运营具有重要的意义,但是现有指标数量众多且差异化大。考虑稳定化指标的敏感性和工程监测的难易程度,从稳定化机理出发,分别从气相、液相、固相和沉降4个层面筛选氧气利用率、归一化有机溶质指标、脱氮效率、生物降解度和相对沉降速率为评价指标,并将其统一划分为具有不同稳定化特征的3个阶段(好氧转化、半稳定化和后稳定化),提出指标权重和阶段划分标准。然后,构建了不同阶段中不同指标的隶属度函数,结合模糊综合评价理论实现对填埋场稳定化进程的综合性评价,并将其应用于某好氧修复工程案例。

入场飞灰重金属协同处置及环境风险评价研究

针对中国南方某地区富含Pb和Cd的垃圾焚烧飞灰,采用水泥与螯合剂进行固化/稳定化处置,分析水泥掺量和养护龄期对Cu、Zn、Pb、Cd离子浸出浓度的影响,结合微观形貌、化学组分及重金属形态分布进行重金属固化机理探究,比较了水泥固化与水泥-螯合剂协同处置的效果并提出优化方案,最后基于3种环境风险评估方法对处置前后的飞灰进行环境风险评价。试验结果表明:10%水泥掺入时大部分重金属处置效率可超过80%,且随着水泥掺量和养护龄期的增加,由于水铝钙石的固化作用,浸出浓度逐渐减小;采用水泥/螯合剂协同处置相比单一水泥固化能够减小10%的水泥用量,从而增加单位体积的飞灰处置量。经过水泥固化后,飞灰重金属的环境风险均有降低,水泥掺量分别为10%,20%,30%和40%时,飞灰重金属综合毒性指数风险值(STI)相比原灰减小10.2%,21.4%,41.8%和53.2%。结合本文数据和文献调研,框定了STI大于0.06时为高风险区的阈值,可较为广泛地应用于飞灰重金属处置的效果评价。

某低厨余填埋场垃圾物理力学特性演化规律

垃圾分类处理将导致中国填埋场中厨余垃圾占比显著下降,对填埋场的长期安全运营提出了新的要求。对中国某低厨余城市生活垃圾(MSW)填埋场进行了现场抽水、电阻率测试及室内垃圾组分、质量含水率、剪切强度等测试,分析了其物理力学特性变化。结果表明经过两年抽水后垃圾组分变化不大,但垃圾特性分布更加离散;低厨余垃圾受历史填埋垃圾影响,含水率为86%~161%,经过抽水后降低至42%~116%;抽水后填埋场整体水位下降但在10~15 m深度出现了局部的高含水区域;填埋场垃圾黏聚力及内摩擦角分布范围分别为0~20 kPa及15°~30°,黏聚力及内摩擦角变化范围较大,且黏聚力低于国内一般高厨余垃圾填埋场,抽水后垃圾的剪切强度总体下降但剪切硬化现象更加明显。

固相可降解土体多场耦合模型及有限体积法数值实现

固相可降解土体内部作用异常复杂,分析其水–力–热–化多场耦合行为对于解决相关工程问题具有重要意义。基于多孔介质基本理论,从可降解土体固液气三相系统的质量、动量及能量守恒出发,建立了考虑降解相变、液气运移、骨架变形、热量传递等过程的多场耦合理论模型。以液相压力、气相压力、组分质量分数、溶质质量浓度、温度、骨架位移和孔隙率为基本未知量,采用有限体积法对耦合模型控制方程进行数值离散,以顺序耦合的求解思路对耦合模型进行求解,并研发了相应的数值求解器。开展砂柱排水试验、多孔介质中溶质迁移和传热过程、可降解生活垃圾试验的模拟,验证了耦合模型及数值求解器的正确性。模型及程序有助于加深对可降解土体多场耦合模型控制方程建立、本构关系确定以及数值实现的理解,为相关可降解土体多场耦合模型建立奠定基础。

低渗污染地层气液驱动原位压裂增渗技术与设备

我国土地受工业开发长期影响,低渗地层污染现象十分严重,低渗污染场地亟待高效快速修复。传统异位修复技术对土壤扰动强,生态环境恢复缓慢,不足以解决目前的修复困境,原位立体缝网压裂修复技术的研究刻不容缓。低渗污染场地立体修复目前面临土层裂隙扩展机理不明、现有支撑剂易在主裂缝口沉降和压裂设备碎片化等难题,受实验条件和机理研究制约,在低渗土层缝网扩展机理、多场耦合、新型支撑剂和一体化压裂装备等方面需要进一步突破。本文重点研究低渗介质多场耦合下力学行为及提高原位压裂裂隙有效支撑的压裂装备进展和可行性,提出土体缝网起裂和扩展机理、流-固-化多场耦合模型、新型可控仿贻贝覆膜支撑剂和气液驱动压裂技术及装备等关键研究要点,指导低渗污染地层气液驱动缝网压裂增渗修复设计,提高药剂的传输效率和铺置范围,实现低渗污染场地原位立体高效修复。

水平渗透性反应屏障在污染场地VOC蒸气管控中的应用及分析

水平渗透性反应屏障(HPRB)是一种针对包气带中挥发性有机化合物(VOC)蒸气的被动修复技术,具有运行无耗能的优点,能够作为大范围VOC污染场地长效风险管控措施。本文提出了VOC蒸气在含HPRB的层状土中迁移的一维瞬态半解析模型,采用Laplace变换得到Laplace域下的通解后,采用Talbot数值方法实现Laplace逆变换得到时间域下的VOC蒸气迁移的半解析解。解析模型计算结果和数值模型的结果吻合良好。算例结果表明,HPRB更适用于原位土体扩散系数较低的污染场地;HPRB埋深过大不利于VOC蒸气的去除;增加HPRB厚度能有效去除场地中的VOC蒸气;污染源质量浓度衰减系数增加会降低场地中VOC蒸气峰值质量浓度,不考虑污染源质量浓度衰减会导致HPRB的设计过于保守。最后提出了HPRB埋深和厚度的设计思路。

非平衡吸附条件下双分子反应性溶质运移规律研究

针对溶质非平衡吸附特征,建立了非平衡吸附条件下双分子反应性溶质一维运移模型,考虑了在对流、弥散、吸附(平衡和非平衡)、反应(氧化反应和自然需氧量反应)耦合作用下的溶质运移过程,选用COMSOL对模型进行数值求解。研究结果表明:①非平衡吸附条件下污染物去除的第一阶段为氧化反应主导的快速修复,第二阶段为非平衡吸附主导的慢速修复;②考虑非平衡吸附可以更加精准刻画污染物拖尾效应;③化学反应速率影响数k、平衡吸附比例影响数f以及非平衡吸附速率影响数a均对污染物的去除效率产生显著影响,且a的影响程度与平衡吸附占总吸附比例f相关,佩克莱数Pe影响较小;④在k,a,f较小且Pe较大的情况下,拖尾效应较为严重,必须考虑非平衡吸附。

黄土地基中超长钻孔灌注桩承载性状试验研究

为了研究黄土地基中超长钻孔灌注桩的承载性能、桩身轴力传递规律、桩侧阻力和端阻力的发挥性状,对西安地区6根超长钻孔灌注桩进行单桩静载荷试验,采用滑动测微计测试每米范围内桩身轴力的变化。可以发现,黄土地基中超长钻孔灌注桩的Q—S曲线呈缓变型,在最大荷载时都未达到破坏状态;桩身轴力传递规律和桩侧阻力的发挥与成孔工艺、桩长、桩周土层性质密切相关。由于黄土地基中的粉质黏土和粉土具有强结构性,测试得到的极限侧阻力远比规范值要大,使得黄土地基中超长钻孔灌注桩具有较大的承载能力,但桩端阻力和桩侧阻力并非同时发挥,建议在设计时考虑端阻力的发挥度,桩侧摩阻力和桩端阻力采用不同的分项系数。

城市固体废弃物的剪切强度机理及本构关系

根据城市固体废弃物(简称MSW)的大三轴固结排水剪试验结果,延伸岩土工程中研究土体的概念和方法,研究MSW的剪切强度机制。MSW与大变形相关的强度特性主要是由于含有大量的纤维状成分所致,在剪切过程中试样总的抗剪能力由剪切面上的摩擦力和纤维状加筋相的拉力所产生。MSW的摩擦强度主要由3部分构成:纤维状成分与土颗粒之间的摩擦,纤维状成分之间的摩擦,和土颗粒之间的摩擦。基于MSW的剪切强度特性,采用邓肯-张本构模型来描述MSW的应力-应变关系。

邻近地铁隧道的基坑群开挖变形分析

随着城市建设的发展,在地铁沿线不可避免的出现深基坑的开挖,为确保既有建筑物的安全,有必要对基坑开挖变形进行研究。结合上海轨道交通七号线静安寺地铁车站基坑工程和越洋广场基坑工程,研究了邻近地铁隧道的基坑群开挖对基坑本身和邻近地铁隧道的影响。采用FLAC^(3D)软件建立了分析邻近地铁隧道的深基坑开挖的三维有限差分数值模型,然后根据实际的施工方案,分析了群坑开挖时邻近地铁隧道的变形规律和基坑地下连续墙的变形性状,最后以隧道变形为例初步分析了基坑开挖引起的位移叠加效应。

强夯参数对夯击效果影响的室内模型试验

为了研究强夯法的加固机理和强夯过程中土体的变形规律,专门设计了半模试验箱和用于测试动应力的微型土压力盒,采用半圆形夯锤,进行强夯法加固粉土地基室内模型试验.分析夯击次数、落距、能级和锤径等参数变化时,土体内部动应力和位移的变化规律,研究各种参数变化对强夯加固效果的影响.试验结果表明:在能级一定时,单击夯沉量和影响深度随着夯击次数的增加而逐渐减小,累积夯沉量和影响深度随着夯击次数的增加而逐渐增加;在不同能级作用下,随着落距的增大,影响深度总体是在不断地减小;夯坑深度和影响深度都随着能级的增加而逐渐增大,影响深度与夯坑深度比值介于3～4之间;影响深度随着锤径的增大而减小,影响宽度则随着锤径的减小而有所增大.

垃圾坝和界面强度对填埋场沿底部衬垫系统滑动的影响

为研究垃圾坝和界面强度对填埋场沿底部衬垫系统滑动的影响,将填埋场分为主动楔体、被动楔体和垃圾坝3个部分,对其进行极限平衡分析,建立平衡方程,求解填埋场的安全系数。考虑条间力的变化,可以计算填埋场的最大安全系数FSmax和最小安全系数FSmin,并且采用平均安全系数FSave来代替真实安全系数FStrue。填埋场的安全系数随着垃圾坝高度和底部摩擦角的增加逐渐增大,如果不考虑垃圾坝的作用,填埋场的稳定计算偏于保守。具有最小安全系数的潜在滑动面并不能仅仅通过比较衬垫中不同界面的黏聚力和内摩擦角来确定,随着衬垫界面摩擦角和黏结力的增加,FSave都在逐渐增大,衬垫界面黏结力对填埋场的整体稳定性影响较大,尤其是对于摩擦角较小、黏结力较大的情况。

迭代增量法分析地下连续墙的受力性状

围护结构的位移是影响土压力的重要因素,目前深基坑中地下连续墙分析时采用的增量法没有考虑墙体位移对增量荷载的影响。根据墙体位移对增量荷载的影响,假设在每一步开挖过程中围护墙体位移不变,由此确定初始增量荷载。根据计算得到的位移,用迭代法对增量荷载进行修正,分析地下连续墙的变形和内力。最后,通过与实测资料的对比,证实了迭代增量法的合理性。

垃圾填埋场沿底部衬垫系统破坏的稳定性分析

为研究垃圾填埋场沿底部衬垫系统破坏的稳定性,将填埋场分为主动楔体、被动楔体和垃圾坝三部分。对它们进行极限平衡分析,建立平衡方程,求解填埋场的稳定安全系数。考虑条间力的变化,可以计算填埋场的最大、最小安全系数Fmax和Fmin,采用平均安全系数Fave来代替真实安全系数Ftrue,研究发现,Fave和Ftrue的最大相对误差不超过5%。Fmax随着城市固体废弃物内摩擦角φsw的增加逐渐增大,而Fmin随着内摩擦角φsw的增大并不改变;Fmax、Fmin和Fave都随着垃圾坝高度H2和底部摩擦角δDA的增加逐渐增大,垃圾坝对填埋场的稳定性有较大影响。

城市固体废弃物动力特性试验研究

参照杭州天子岭填埋场城市固体废弃物(MSW)主要成分,人工配制固体废弃物试样,利用中型动三轴试验仪研究其在较大应变范围内MSW的动力特性。MSW的动剪切模量Gd和阻尼比D随着动剪应变γd的变化曲线与泥炭土的相关曲线形状基本一致,并且在相同应变时数值相差不大。在相同的动剪应变水平下,随着围压的增大,Gd增加而D减小;当动剪应变增大时,Gd减小而D增大。由于MSW的高压缩性,初始孔隙比不同对试样的动力特性影响不大。同时进行了现场剪切波速试验,确定了最大动剪切模量Gdmax的估算式。为便于应用,建议了归一化Gd和D与动剪应变依赖关系的取值范围和平均值曲线,并将其与OII填埋场MSW动力特性的研究结果进行对比,可以看出MSW的成分对其动力特性的影响还是比较大。