温度-水流耦合作用下填埋场封顶系统开裂机理研究

针对垃圾填埋场压实黏土封顶系统在干旱与半干旱地区极易出现干燥开裂的问题，通过试验和理论分析的方法研究温度-水流耦合作用下封顶系统开裂及开裂过程中水汽迁移、传热、渗透的变化规律，揭示填埋场压实黏土封顶系统开裂机理。基于实验结果，探讨填埋场压实黏土封顶系统开裂的非线性变化规律，建立封顶系统开裂过程中基质势、含水率、渗透系数、热传导系数、水汽扩散系数之间的关系，构建控制压实黏土封顶系统开裂的物性参数本构模型。基于热传导方程、水汽迁移方程及力平衡方程，结合黏土开裂本构模型，建立温度-水流耦合作用下填埋场压实黏土封顶系统开裂的动力学数学模型，提出模型的数值解法，并采用此模型仿真分析温度-水流耦合作用下填埋场压实黏土封顶系统开裂演化规律。此项目的研究为预防填埋场封顶系统的干燥开裂破坏及封顶系统的设计提供理论依据和技术支持。

针对垃圾填埋场压实黏土封顶系统干燥开裂的问题，通过室内压实黏土膨胀与干缩、开裂以及渗透试验，研究压实黏土的开裂特性、开裂过程中热与水汽迁移特性以及渗透特性。试验结果显示，当压实黏土处于最大压实度(1.65 g/cm3)、最优含水率(0.21)时，土体的膨胀与干缩率最小；在遇水湿化期，压实黏土裂缝部分愈合，其后随干燥失水，裂缝重新出现，且开裂程度明显高于遇水前；随干湿循环次数的增加，压实黏土开裂因子（CIF）显著增大；膨胀与收缩程度较小的压实黏土，其开裂程度亦较弱；经过4次干湿循环后，压实黏土的渗透系数提高了1~2数量级。基于热传导方程、水汽迁移方程及力平衡方程，建立温度-水流耦合作用下填埋场压实黏土封顶系统开裂的动力学模型。基于开裂模型，仿真分析温度-水流耦合作用下填埋场压实黏土封顶系统开裂演化规律以及热与水汽迁移特性。根据线弹性原理，建立了黏土初始开裂深度的线弹性模型，分析了黏土开裂深度随参数(基质吸力、泊松比、抗拉强度)的变化规律。