垃圾土的流態化本構模型與流滑機理

《垃圾土的流態化本構模型與流滑機理》是依託同濟大學，由陳宏信擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：垃圾土的流態化本構模型與流滑機理
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳宏信
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

與土石流滑災害不同，人們對垃圾土的流滑災害還缺乏深入的認識。由於垃圾土的成分複雜，具有大孔隙、高壓縮性，在空間上變化很大，且成分隨時間逐漸變化，因此垃圾土的流變特性不同於普通的土石流滑體，採用已有的流態化本構模型和流滑分析方法很難解釋其運動特性，更難合理評估其流滑災害。本課題利用流變儀試驗研究我國典型垃圾土流變特性的變化規律及其與各主要影響因素的定量關係。在此基礎上提出垃圾土的流態化本構模型。基於流態化本構模型、固液耦合理論和深度均化原理建立模擬垃圾土流滑過程的數值模型，並用解析解和水槽模型試驗結果驗證模型。利用水槽模型試驗結果和數值模擬結果，研究垃圾土流滑全過程運動特性及其時空演化規律，提出垃圾土的流滑機理，建立垃圾土流滑災害評估準則。本課題的研究對現代衛生填埋場的流滑影響和環境效應的合理分析與評價，以及現代衛生填埋場的科學設計都有重大的意義。

結題摘要

垃圾填埋場記憶體在大量有機質，會發生強烈的生化降解，產氣、產液、發生變形，在填埋場內容易產生高水頭、高氣壓，極易誘發失穩流滑災害。本項目結合室內試驗、數值模擬、理論分析等方法，深入研究垃圾填埋場的失穩流滑災害。建立了填埋場內根據含氧條件確定好氧-厭氧生化降解過程的多場耦合計算模型，揭示了填埋場內的生化降解和液氣運移機理；結合多場耦合計算模型和強度折減法，建立了考慮滲濾液回灌、曝氣等複雜工況的填埋場三維穩定性分析方法，研究了曝氣壓力、回灌壓力、垃圾土性質、邊坡坡度、井布置位置和方式等因素對邊坡穩定性的影響，揭示了填埋場在高液氣壓力下的失穩破壞機制，提出了回灌井和曝氣井的最佳化設計方法；開展了垃圾土流變特性試驗，研究了含水量、粒徑變化、降解程度等因素對垃圾土流變特性的影響，基於試驗結果和理論分析，建立了垃圾土流態化本構模型；針對流滑災害對結構的衝擊現象，利用光滑粒子流體動力學方法（SPH）模擬流滑體，利用有限單元法（FEM）模擬結構，耦合SPH-FEM方法建立了流滑體和結構的相互作用數值模型，採用大型水槽模型試驗結果驗證了模型的正確性，進一步利用模型開展數值模擬，揭示了流滑災害的時空演化規律，探明了建（構）築物的破壞模式，並提出考慮建（構）築物幾何構型、材料參數、流滑特徵等因素的易損性評價方法以及流滑災害評估準則。項目開展期間項目組成員總共參加學術會議11次，做學術報告8場。基於以上研究成果，已發表或接收SCI檢索論文8篇，EI檢索論文2篇，授權國家發明專利1項，申請國家發明專利4項，獲得省部級科技進步獎2項，入選國家和省部級人才計畫各1人次，培養研究生5名。部分成果已經套用於上海老港、無錫桃花山等填埋場，解決了填埋場安全擴容、失穩流滑災變控制等關鍵技術難題，創造了良好的經濟、社會和環境效益。