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新鲜生活垃圾压缩与直剪联合测定试验研究

2015-01-02 12:27 环卫科技网 作者:张振营 严立俊 吴大志

摘要:在环境土工实验室人工配制了新鲜生活垃圾,采用大型压缩与直剪联合测定仪器,对96个新鲜垃圾试样进行了压缩变形、剪应力及剪应变联合测定试验,研究了垃圾的压缩变形对强度的影响及规律。试样的初始孔隙比分别为2.1、2.5、2.9,试样竖向压力分别为25、50、100、200kPa,每级压力作用下的时间分别为0、0.25、0.5、1、2、6、12、24h。试验研究表明,(1)不同压缩时间下剪应力与剪应变的关系符合双曲线模型,模型参数a在0.028~0.144之间,参数b在0.012~0.024之间;(2)不同竖向压力及不同剪应变限值下抗剪强度与竖向压缩应变(压缩时间)的关系可以拟合成多项式的形式,得到了参数的拟合值及相关系数,相关系数在0.63~0.98之间;(3)不同初始孔隙比的抗剪强度与竖向压力的关系符合库仑定律,得到了不同剪应变限值的抗剪强度参数,黏聚力在11.1~34.2kPa之间,内摩擦角在11.2°~30.6°之间。
关键词:新鲜生活垃圾;剪应力;压缩应变;剪应变;抗剪强度
中图分类号:X799文献标识码:A文章编号:1000-7598-(2014)11-3049-07

1引言
生活垃圾由很多性质不同的成分组成,包括废纸、蔬菜、果皮、木、草、树叶、纺织品、肉骨、塑料、橡胶、金属、砖、石、土、陶瓷、玻璃等。这些成分通常是多孔和非饱和的,对生活垃圾的工程性质产生很大影响[1]。影响垃圾土强度的因素有很多,如有机质和纤维素含量、填埋时间、降解程度、压实方式、压实程度、组成成分、颗粒大小及含水率等[2-3]。一些学者对城市固体废弃物(MSW)的变形和强度特性进行了研究,Machado等[4]把MSW分成纤维状的加筋相和泥状物两部分,在分析室内三轴试验结果的基础上提出一个复合本构模型,纤维状的加筋相采用弹塑性模型,泥状物采用修正剑桥模型。Babu等[5]认为,在荷载作用下修正剑桥模型被扩展,总应变包括两部分,即蠕变应变和降解应变。Diambra等[6]基于混合物原则建立了加筋土本构模型,认为纤维相采用线弹性模型,基本相采用理想弹塑性模型。Jonathan等[7]分析了MSW的组成、侧限应力、有机物成分、加载速率等对抗剪强度的影响。Christopher等[8]分析了MSW的组分和降解的不同对MSW剪切强度的影响。张振营等[9]采用邓肯-张模型来表达MSW的应力-应变关系。朱俊高等[10]采用直线拟合了垃圾的应力-应变关系曲线。张季如等[11]分别进行直剪试验和旁压试验测定生活垃圾的强度,得到了垃圾的应力-应变关系。冯世进[12]提出将多组分的MSW看作一个整体,采用邓肯-张模型来模拟其应力-应变关系。孙秀丽等[13]采用双曲线模型来表达MSW的应力-应变关系。陈继东等[14]针对垃圾填埋场沉降计算问题,考虑垃圾土中有机物降解及降解过程中重度的变化,推导了垃圾土一维压缩计算的修正公式。张文杰等[15]基于现场取样进行室内测试,对垃圾土重度和抗剪强度参数的变异规律和概率特性进行研究,采用蒙特卡罗法分析了填埋边坡可靠度。王伟等[16]对1~7d龄期内的垃圾进行了直剪试验,提出一个复合正切-指数模型来表达剪应力-剪切位移的关系。郭城等[17]用邓肯-张模型、修正剑桥模型模拟MSW单元体的应力-应变关系,提出了弹塑性蠕变降解模型。王磊等[18]在加筋土模型的基础上进行适当修正,建立了包括基本相的修正剑桥模型和纤维相的线弹性模型。本文在总结他们各自研究成果的基础上,将生活垃圾材料分为易降解材料、难降解材料及不可压缩的固体材料三类,采用3种不同的初始孔隙比、4种不同的竖向压力,每种压力按照8种不同的压缩时间,进行了新鲜生活垃圾的压缩与直剪联合测定试验,系统地对城市新鲜生活垃圾在不同压缩应变下的强度特性进行了研究。

来源:岩土力学

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