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对于垃圾填埋场进口土工膜的起皱和变形现象分析

研究背景及意义 近年来,随着国民经济的快速发展和城市规模的扩大,城市人口迅速增加。 随着经济的增长,人们对资源的消耗不断增加,导致城市垃圾增多。据统计,2017年-2019年,我国202个大中城市生活垃圾产生总量20194.4万吨,其中垃圾处理量达到20084.3万吨,处置率达到99.5%。 2017年我国城市生活生产前10名垃圾总量为5685.8万吨,占所有发布信息城市垃圾产生总量的28.2%。如果城市 大中型垃圾增长和处置问题尚未得到很好解决,对自然环境、城市发展和人类造成负面影响。 将对人们的生存环境造成巨大威胁 我国目前处理固体废物的主要方法有卫生填埋、焚烧和堆肥等。 管理方法。然而,无论采用什么方法,大部分垃圾和废物都被运往垃圾填埋场。 填埋处置也是我国处理固体废物的主要方式。因为垃圾中含有 其中有害元素较多,即使在常温下长期降解也会慢慢腐蚀分解。 一些有害物质随渗滤液迁移可能对周围土壤和水源造成污染,危害生态环境和 人们的健康。因此,在垃圾填埋场的设计中,有必要设置防渗衬砌系统装置进行封堵。 这些有害物质流入地下。衬砌系统通常设计在垃圾填埋场的底部和周围,以控制填充垃圾填埋场污染的关键结构。目前常用的防渗衬砌系统包括:进口土工膜(GMB)、土工膨化湿润粘土防水衬垫(GCL)和压实粘土衬垫等。由于HDPE进口土工膜具有很强的延伸性和抗渗性它具有强腐蚀、防渗性能等优点,现已成为现代复合防渗层的重要组成材料并得到广泛应用。 广泛应用于环境工程(垃圾填埋场)、采矿工程(尾矿库)、水利工程(边坡防渗及大型大坝防渗)。 在垃圾填埋场的实际工况中,进口土工膜及其他进口土工膜合成材料在施工和铺设过程中都会遇到问题。 温度的影响越来越受到研究者的关注。已铺设或正在铺设的进口土工膜材料受阳光长期直射和环境温度升高的影响,材料表面温度发生剧烈变化。平时在气温25℃的阳光充足环境下,阳光直射会导致进口土工膜表面温度不断升高,甚至会导致进口土工膜表面温度升高。 达到70℃,进口土工膜会发生明显的膨胀变形,表面会出现大量皱纹。 膜材不是完全弹性材料,受施工环境因素影响。即使夜间进口土工膜温度下降,也会起皱这种现象减弱但并未完全消失。研究表明,皱纹的出现使得进口土工膜及其相邻材料材料接触恶化。例如,进口土工膜+GCL的复合衬里会在褶皱处形成孔隙,导致不能正常接触,从而降低了复合衬砌的防渗性能,扩大了渗水区域的面积。 研究表明,即使在垃圾填埋场复合衬里等不暴露在阳光下的地方,也有矿山冶炼池中有机物的降解和化学反应仍然会使进口土工膜暴露在不断变化的温度环境中一般来说,正常运行的垃圾填埋场底部温度可达60℃。但在特殊情况和环境下,进口土工膜的温度可达70℃甚至更高,为进口土工膜的膨胀变形提供了条件。虽然上面覆盖着泥土和垃圾垃圾等物质的上覆压力可以抑制进口土工膜的变形,但仍无法确定温度与上覆压力的关系压力对进口土工膜褶皱变形的影响温升与压力耦合作用下进口土工膜发生皱纹的形成机制尚不清楚。在目前情况下,甚至无法定量估算进口土工膜的热力耦合效应。 褶皱的形状。鉴于进口土工膜皱纹的形成不仅会削弱复合防渗衬砌的防渗性能,而且它会改变进口土工膜与相邻材料之间的接触性能,引起接触面力学性能的变化。 从而对垃圾填埋场边坡的稳定性产生重要影响。因此,进口土工膜热压研究褶皱作用下的变形机制具有重要的理论和现实意义。

国内外研究现状 进口土工膜起皱现象研究现状 对于垃圾填埋场进口土工膜的起皱和变形现象,国外学者较早进行了研究,但国内研究较少。 该领域的研究。随着城市垃圾逐渐增多,垃圾填埋场的数量也在不断增加。 进口土工膜具有优良的防渗性能,广泛应用于垃圾填埋场防渗系统。进口土工膜褶皱对衬垫产生负面影响 防渗性能与垃圾填埋场边坡稳定性的影响越来越受到国内外学者的关注。 罗等人。使用两种不同简化程度的有限元模型来分析进口土工膜的缺陷。 分析完好场地有机化合物渗漏扩散对地下水环境的影响 研究获得了进口土工膜褶皱破损时有机污染物渗透扩散的理论规律,但前提是必须确定受损位置进口土工膜褶皱的数量和物理形状。 罗等人。认为,如果进口土工膜在运行过程中受到损坏,废弃污染物的泄漏率就会降低。 它取决于下层土壤的水力传导率以及进口土工膜和下层土壤之间界面的过滤系统。 除了进口土工膜破裂的次数、数量和大小以及衬管的水力梯度外,最重要的是取决于进口土工膜破损处是否有皱纹。罗等人。进行了斜坡铺装的室外试验。 在底坡3%、坡比1:3的斜坡上安装1.5mm厚的高密度聚乙烯(HDPE)进口土工膜。 进行现场观察和分析。研究暴露土壤的表面、温度变化和阳光的影响 造成进口土工膜褶皱变形的主要原因是中午前后褶皱数量最多,且进口土工膜表面温度随时间的增加而升高。 随着水平升高,产生的折叠移动并形成更大的折叠。 以等人为例。文献提出利用低空航空摄影和数字图像处理技术检测大面积进口土工膜的褶皱变形现象。 定量分析结果显示,该区域共有近百个主要褶皱,占暴露面积的10% 占进口土工膜总面积的13.9%。更重要的是,90%以上的进口土工膜褶皱都是通过水力连接的。 褶皱总长度长达520m,对垃圾填埋场衬垫系统的防渗性能影响较大。 查佩尔等人。文献利用低空航空摄影和数字图像分析技术测量了晴天环境下的覆盖面积。 55m进口土工膜观察 现象的形成有很大的影响。早上、中午和晚上,褶皱分别占整个观测面积的3%和3%。 21%和7%,如果孔洞位于褶皱处或附近,将严重影响进口土工膜的防渗性能。 是的,取决于褶皱的数量、长度和宽度。 查佩尔等人。比较了九种不同的立地条件(基底或斜坡,底层土层为膨润土, 不同条件下形成的最长的1.5mm和2mmd HDPE进口土工膜(压实粘土或沙子) 褶长度。研究表明,受约束的进口土工膜区域的大小会限制可形成的最大连接褶皱。 皱纹长度。根据研究数据表,将进口土工膜覆盖时间限制在清晨或傍晚,或 膜的限制面积减少到0.05公顷(甚至更少),最大限度地减少皱纹和长连接 带来的影响。 古迪娜和布兰奇 在GCL顶部铺设1.5mm厚的HDPE进口土工膜并掩埋 在50毫米粗砾石下并承受垂直压力,对上覆砾石和进口土工膜的起皱进行量化。 进口土工膜变形引起的局部应变。试验表明,在褶皱进口土工膜上覆盖土层将 并且随着进口土工膜温度的逐渐降低,褶皱的高度和宽度都有一定程度的减小,但褶皱 这种现象不会消失。而且,进口土工膜的褶皱变形会导致褶皱周围产生较大的压力。 力,从而加剧进口土工膜的局部应变,对进口土工膜造成一定的损伤。然后就发展起来了 根据褶皱形状,采用薄壳理论、小应变位移法和大应变位移法对进口土工膜应力进行计算分析。 力应变。结果表明,基于小应变理论,进口土工膜的拉应变值会被低估。应变分析时 需要考虑大位移情况。 伦兹等人和班萨尔等人。对同一区域1.5mm黑白进口土工膜进行了定量比较。 通过对比发现,在阳光明媚的夏季环境下,白色进口土工膜的峰值温度总是高于黑色进口土工膜。 工业膜的峰值温度低20℃。而且与黑色进口土工膜相比,白色进口土工膜在早上会产生皱纹。 当天晚些时候,傍晚时分折叠现象减弱,折叠连接的最大长度仅为黑21%的彩色进口土工膜。 以等人为例。对进口土工膜进行了室内光照测试,发现不同光照强度下褶皱高度变化明显。 大,但褶皱宽度相对稳定,并且通过高斯曲线模型可以很好地确定褶皱形状。 进行拟合。当含有皱纹的进口土工膜用土覆盖时,发现随着进口土工膜温度的不断降低,皱纹 皱纹高度显着降低,但皱纹仍然存在。 杨平等。通过数值模拟和室内实验相结合的方式研究了进口土工膜的起皱现象。 通过研究,得到了HDPE进口土工膜褶皱高度和宽度随温度变化的经验公式。并通过模拟与测试结果相比,折痕高度和宽度之间的误差仅为6.57%和5.06%,证明数值 模拟是研究进口土工膜褶皱的有效方法。 戈登等人。文献利用变泊松比法建立了褶皱区域进口土工膜应力变形的分析模型。 研究圆形结构周围进口土工膜沉降时起皱的机理,分析下垫土的大沉降。 小的上覆土压力、进口土工膜界面强度、圆形结构半径和进口土工膜抗拉强度对土工有重要影响 膜皱纹程度及应力应变条件的影响。

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