生活垃圾降解过程中固有渗透率变化特性研究

固有渗透率是预测垃圾填埋场内气体分布和流动状态的一个重要参数。生物降解和荷载对生活垃圾的孔隙结构影响显著,特别是在库区长期运行过程中进一步影响了垃圾的固有渗透率的变化。开展了200mm、500mm及2000mm三种尺度的固有渗透率试验。结果表明:固有渗透率随着试样尺寸的增加而增加,变化幅度超过了一个数量级。构建了固有渗透率和孔隙度之间的协同表征模型,幂函数模型适用于新鲜垃圾和陈腐垃圾,K-C模型只适用于陈腐垃圾。以上成果为垃圾填埋场固有渗透率演化过程的定量分析提供了基础数据。

离心机模拟中渗流相似率的试验验证

结合黏性土的压缩特性和Kozeny-Carman方程,考虑离心加速度变化对土体固有渗透率的影响,推导了渗流速度和离心加速度的关系式。参考常规渗流试验装置的构造,并结合离心模型试验的特点,研制了常水头离心渗流试验装置。应用该装置针对糯扎渡高心墙堆石坝的心墙黏土,分别进行了常规渗流试验和10g,20g,30g常水头离心渗流试验。试验结果表明:Ng(N倍重力加速度)和1g条件下渗透系数的比值随离心加速度的增大逐渐减小,但变化范围不大,接近于N。研究结果对于深入认识离心模型试验中的渗流相似准则具有重要意义。

温度和模拟渗滤液作用下黏土的渗透性能研究

采用改造的GDS全自动环境岩土渗透仪,分别以自来水和模拟渗滤液为试验用水,开展不同温度和围压下黏土渗透性能试验。研究表明,当温度从20℃升高至50℃时,渗透系数增大,最大增幅为3.5倍;当围压从50k Pa增大至200k Pa时,渗透系数从10-6cm/s数量级减小至10-8cm/s数量级。在温度和围压一定时,模拟渗滤液作用下黏土的渗透系数略大于自来水试验结果,二者最大比值为2.8。随着温度的升高,土中吸附结合水膜变薄,且土样体积减小,在两种效应的共同作用下,固有渗透率不是定值,相应条件下50℃与20℃固有渗透率的比值在0.72~2.99之间变化。在本试验条件下,渗透系数随温度的变化主要是由水动力黏滞系数的变化引起,但是在低围压、自来水试验时理论推算渗透系数小于实测值,高围压下理论推算值大于实测值。

黏土渗透性温度效应试验

采用改造的GDS全自动环境岩土渗透仪(柔性壁)和南55渗透仪(硬性壁)开展渗透试验,研究温度和试验方法对黏土渗透系数的影响。结果表明:黏土的渗透系数随温度的升高而增大,渗透系数对数值与温度线性正相关,当温度从20℃升高至70℃时,柔性壁和硬性壁渗透试验结果增幅分别为5.5倍和2.7倍。由于两种渗透试验中试样尺寸和制样方法等差异,柔性壁渗透试验所得渗透系数大于相应干密度下硬性壁渗透试验结果。仅考虑流体黏滞系数和密度随温度的变化(即假设固有渗透率为定值)时,渗透系数估算值随温度的变化规律与实测结果一致,渗透系数随温度的变化主要由流体物理性质的变化引起;但渗透系数估算值与实测值有一定差异,固有渗透率并不是定值。柔性壁渗透试验55 k Pa围压下所得固有渗透率随温度的升高而显著增大,渗透系数估算值小于实测值;而硬性壁渗透试验所得固有渗透率随温度的升高略有降低,渗透系数估算值与实测值相差不大。

离心模型试验中土的渗透相似特性

土的渗流和渗流控制是土力学和土木工程建设中的一项极其重要的课题。土工离心模拟技术在研究渗流方面具有明显的优势,通过对模型施加N倍的离心加速度,保证模型的应力水平与原型一致,就可以用模型反映、表示原型。通过介绍离心模拟技术在研究土的渗透系数方面的一些研究成果,同时结合自身研究成果,可得出离心机中土的渗透系数的公式。

垃圾堆体固有渗透与孔隙度协同演化特征实验研究

为探讨上覆载荷作用下垃圾堆体渗透特性的变化规律,采用自制的生活垃圾渗透率/孔隙度测试实验装置,研究了不同载荷、不同压实密度及不同含水率对垃圾堆体固有渗透率和孔隙度变化规律的影响,并构建了固有渗透率与孔隙度之间的协同表征模型。结果表明,压实密度与上覆载荷呈指数递增的变化形式;随着含水率的增大,垃圾固有渗透率显著降低;垃圾固有渗透率随孔隙度的减小呈现指数递减,传统K-C模型无法描述这一变化规律,而幂函数形式(κ=AnB)和线性形式(lg(κ)=a+blg(n))2种协同表征模型均与实验结果达到了良好的拟合效果,验证了2种模型的可靠性;随着模型尺度的增大,固有渗透率从10-15m2量级增加至10-12m2量级,孔隙度从0.378增加至0.685。

孔隙特征对土体内部流动特性的影响——孔隙尺度的数值研究（英文）

目的:研究土体内部的流动现象对岩土、农业及地质工程等领域具有重要意义。本文旨在探讨孔隙的平均直径、直径标准差、配位数及各向异性对土体内部水压、流量分布、流动模式及关键流动路径的影响,为评估土质屏障中的优势流动行为提供依据。创新点:1.在孔隙尺度分析孔隙特征对土体宏观渗透率及内部流动规律的影响;2.评估多个孔隙特征参数(如孔隙的平均直径、直径标准差、配位数及三种孔隙直径分布形式)对土体内部优势流动行为的影响。方法:1.将土体孔隙空间简化为由孔隙与吼道互相连接构成的球-杆模型,并通过改变孔隙和吼道的特征参数来描述复杂的孔隙结构;2.利用孔隙网络模型得到单元体内部水压和流量分布情况,为计算土体固有渗透率和评估其流动特性提供基础数据;3.基于击穿路径的概念,分析不同孔隙特征下土体内部流动的迂曲和非均匀程度;4.通过引入吼道收缩系数,调整水平或竖直吼道直径大小,评估孔隙各向异性对流动规律的影响。结论:1.土体的孔隙率和固有渗透率均随着孔隙直径平均值的增大、标准差的减小及配位数的增大而增大。2.孔隙直径的变异系数(COV)越高,土体内部水压和流量的分布越不均匀;配位数的提高会削弱水压的局部化分布但会提高流量的不均匀程度。3.随着COV的提高,击穿路径变得更加曲折;当COV由0增加到1.0时,击穿路径的迂曲度由1.00增加到大约1.71,击穿路径承担的流量占总流量的比值由2.0%提高到7.8%。4.水平与竖直吼道直径比值的提高,也会导致击穿路径迂曲度的提高;水平与竖直固有渗透率的比值和水平与竖直吼道直径的比值呈双对数线性相关。