毛细阻滞式覆盖系统的数值模拟研究

论文摘要

垃圾填埋场的防渗覆盖系统具有防止降水入渗、减少场内渗滤液数量的重要作用。毛细阻滞覆盖系统作为土质防渗覆盖系统的一种,具有材料易得,造价低廉,绿色环保,维护费用低等优点。本文通过数值模拟的方法,探究毛细阻滞覆盖系统在亚热带湿润气候条件下使用的可能性。在此基础上对该系统提出改进,并在相应的工况条件下对改进的毛细阻滞系统的防渗过程进行数值模拟,将所得结果与改进前的防渗系统进行比较,以检测其性能。本文主要的研究工作及研究成果如下:(1)采用Ross基础理论对数值模拟研究毛细阻滞覆盖系统的可行性进行了验证,通过建立Ross理论假设条件下的数值模型,比较数值解的侧向排水距离和侧向排水量与Ross解析解数值解的侧向排水距离和侧向排水量之间的差异。研究表明,可以通过数值模拟的方法来研究毛细阻滞覆盖系统。(2)基于Ross理论提出的毛细阻滞现象失效判定条件,建立不同覆盖层厚度,不同材料,不同坡度,不同降雨条件下的数值模型,并对比不同工况下覆盖系统的失效时间,分析土层厚度,材料,和坡度因素在不同降雨条件下对覆盖系统性能的影响。研究表明,土层厚度越厚,系统的失效时间越长。坡度对系统防渗性能的影响,在不同的降水条件下,表现出了不同的特性,小雨作用下,表现出坡度越大,覆盖系统越有利排水的特性;暴雨作用下,各坡度下不同观测点的失效时间基本相同,说明此时坡度变化对覆盖系统失效时间影响不大。覆盖系统使用的材料要结合当地常见的降雨情况考虑,长时间小雨作用下,上部土层选用渗透系数较大的材料有利于覆盖系统排水和延长失效时间,短时间暴雨作用下,上部土层选用渗透系数较小的材料有利于覆盖系统的排水和延长失效时间。(3)提出用多层系统代替原有的单层系统,以达到增强覆盖系统防渗性能的目的。对比相同工况下单、多层毛细阻滞覆盖系统的模拟结果,检验改进的毛细阻滞系统的性能。研究表明,长时间的小雨条件下,材料选择对多层毛细阻滞覆盖系统性能的影响较大,要慎重选择,否则不仅不会加强系统效能,反而还会削弱系统的防渗能力;短时间暴雨条件下,使用多层覆盖系统的效果要明显优于单层覆盖系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 毛细阻滞式覆盖系统研究的发展概况
• 1.2.1 毛细阻滞的基本原理
• 1.2.2 毛细阻滞覆盖系统的材料研究
• 1.2.3 毛细阻滞覆盖系统的坡度研究
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 数值模拟的ROSS 理论验证
• 2.1 引言
• 2.2 ROSS 理论概述
• 2.3 ROSS 理论数值模型的建立与模拟
• 2.3.1 试验材料的性能
• 2.3.2 模型几何尺寸及网格划分
• 2.3.3 边界条件
• 2.4 结果分析
• 2.4.1 模拟结果
• 2.4.2 误差分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 极端气象条件下单层毛细阻滞系统防渗性能的数值模拟研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料的选取及模型的建立
• 3.2.1 材料的选取
• 3.2.2 模型的建立
• 3.2.3 模型的边界条件
• 3.3 长时间小雨作用下毛细阻滞式覆盖系统的防渗性能分析
• 3.3.1 不同土层厚度对防渗性能的影响
• 3.3.2 不同材料组合对防渗性能的影响
• 3.3.3 不同坡度条件对防渗性能的影响
• 3.4 短时间暴雨作用下毛细阻滞式覆盖系统的防渗性能分析
• 3.4.1 不同土层厚度对防渗性能的影响
• 3.4.2 不同材料组合对防渗性能的影响
• 3.4.3 不同坡度条件对防渗性能的影响
• 3.4.5 不同初始孔隙水压力对防渗性能的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 多层毛细阻滞式覆盖系统数值模拟研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料的选取及模型的建立
• 4.3 长时间小雨作用下毛细阻滞式覆盖系统的防渗性能分析
• 4.4 短时间暴雨作用下毛细阻滞式覆盖系统的防渗性能分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢