垃圾填埋场边坡稳定性数值模拟研究

论文摘要

随着城市人口的增长和工业化的发展,填埋场逐渐成为一种安全经济、行之有效的固体废弃物最终处置方案。而其稳定性是关系填埋场经济和安全的重要问题。因此,对填埋场的边坡稳定性进行深入的研究有着重要的意义。在阅读大量文献的基础上,本文首先阐述了与本课题相关领域的研究进展,结合边坡稳定性分析方法,对有限元强度折减法在MSW填埋场稳定性分析中的适应性及其软件平台进行了分析比较。然后选用岩土工程数值分析软件Plaxis,建立数值计算模型,对南方某建设中的固体废弃物处理中心MSW填埋场填埋过程及封场后的边坡稳定性进行分析预报。研究了影响MSW填埋场稳定性的影响因素及其敏感性,以期对该垃圾填埋场的设计与施工给出指导性建议,并为相关规范的修订提供建议。本文取得的主要成果如下:1、对分区填埋方式的位移、应力进行了分析研究,得到如下结论:（1）边坡水平位移多集中于左侧边坡临空面附近,且随着填埋高程的增加而增大,垂直位移的最大值出现在中上部临空面附近;封场时水平最大位移约为-6.0m,垂直最大位移在-23m左右,（负值表示与初始位移场的方向相反）;（2）边坡水平方向和垂直方向有效应力均为沿深度方向逐渐增大,最大剪应力分布集中于坡体底脚及顶角下部区域。2、对分区填埋过程中MSW填埋场边坡稳定性进行了详细分析,得到了最危险滑动面和塑性区随填埋高程的发展变化图,定量验证了MSW填埋场的相关结论:随着填埋高度的增加,安全系数逐渐减小,稳定性逐渐降低,最危险滑动面逐渐增大。3、通过对垃圾土不同参数下填埋场边坡稳定性的数值计算,得到可能参数下的边坡的稳定性。并对影响填埋场稳定性的因素进行敏感性分析研究,得到如下结论:1)垃圾土的物理力学指标下降时,边坡稳定性较为敏感。当其它参数不变时,安全系数分别随凝聚力和摩擦角的增大呈线性增大。随垃圾体重度的减小而增大。2)对不同填埋高度的边坡的稳定性进行计算,由安全系数随边坡填埋高度的关系曲线知,边坡填埋高程小于80m时,即在初期填埋过程中安全系数速降低,填埋高程小于80m时,安全系数大于2。大于80m时,边坡的安全系数降低非常减慢。填埋场边坡整体稳定性随填埋高程的增加而降低。3)通过理论估算与数值计算,研究了沉降对稳定性的影响。结果表明:填筑于最底层的垃圾压缩量最大,达47.6%;最顶层垃圾的沉降量最小,为8%。沉降结束后,边坡的稳定性提高15.7%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究意义与背景
• 1.1.1 填埋场破坏模式
• 1.1.2 课题研究背景
• 1.2 MSW 填埋场稳定性研究进展
• 1.2.1 填埋场稳定性影响因素
• 1.2.2 垃圾土的性质
• 1.2.3 填埋场的几何形状
• 1.2.4 填埋场的衬垫和封盖系统
• 1.2.5 垃圾土的本构关系模型
• 1.2.6 填埋场圆弧滑动稳定性分析方法
• 1.3 本文主要研究内容及方法
• 第二章 稳定性分析方法及强度折减法软件平台
• 2.1 填埋场稳定性分析方法
• 2.1.1 极限平衡法
• 2.1.2 应力‐应变数值模拟方法
• 2.1.3 边坡稳定性分析方法的选择
• 2.2 强度折减法的原理及其优越性
• 2.3 强度折减法的软件平台
• 2.3.1 强度折减法的软件平台
• 2.3.2 计算分析软件 Plaxis 简介
• 2.4 算例
• 2.5 本章小结
• 第三章 MSW 填埋场稳定性数值计算模型
• 3.1 工程概况
• 3.1.1 研究区位置与自然地理
• 3.1.2 工程地质概况
• 3.1.3 MSW 填埋场的工程特点
• 3.2 模型物理力学参数
• 3.2.1 垃圾土的物理力学参数
• 3.2.2 下层土体的物理力学指标
• 3.2.3 垃圾坝的物理力学指标
• 3.3 本构关系与屈服准则（强度准则）的选取
• 3.3.1Mohr 一 Coulomb 模型屈服准则
• 3.3.2 广义米赛斯准则（Drucker‐Prager）
• 3.3.3 边坡整体失稳的判据
• 3.4 几何模型边界及有限元网格划分
• 3.4.1 几何模型的建立
• 3.4.2 网格划分
• 3.4.3 边界条件
• 3.4.4 界面单元
• 3.4.5 淋滤液面高度的选取
• 3.4.6 数值分析流程图
• 3.4 本章小结
• 第四章 固体废弃物处理中心边坡稳定性研究
• 4.1 填埋场位移分析
• 4.1.1 不同高程下位移变化规律
• 4.1.2 临空面附近位移变化规律
• 4.1.3 填埋场关键点位移分析
• 4.2 填埋场应力分析
• 4.2.1 填埋场总体应力分析
• 4.2.2 填埋场关键点应力分析
• 4.3 分区填埋边坡稳定性
• 4.3.1 最危险滑动面及安全系数
• 4.3.2 塑性区的发展过程分析
• 4.4 封场时 MSW 卫生填埋场边坡稳定性
• 4.4.1 最危险滑动面及安全系数
• 4.4.2 界面位移分析
• 4.4.3 界面应力分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 MSW 填埋场参数敏感性分析
• 5.1 物理力学参数敏感性分析
• 5.1.1 粘聚力的影响
• 5.1.2 内摩擦角的影响
• 5.1.3 重度的影响
• 5.2 浸润线高度对稳定性的影响
• 5.3 填埋高度对稳定性的影响
• 5.4 沉降对稳定性的影响
• 5.4.1 固体废弃物的沉降估算
• 5.4.2 沉降计算结果分析
• 5.4.3 沉降对稳定性的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要研究工作和成果
• 6.2 主要创新点
• 6.3 建议
• 参考文献
• 致谢