污泥-生活垃圾混合填埋体强度演化及灾变机理研究

The strength and stability for sewage sludge and MSW mixture are undefined although mixed dispose in landfill has been one of main method, which maybe induce engineering disaster and pollution in landfill. Based on the science problem of coupling between biochemical process and geotechnical mechanics characteristic, research on strength evolution and disaster mechanism of mixture will be carried out under complex biochemical condition in landfill. Firstly, the kinetic model for biochemical reaction is built in typical landfill condition according to the laws for leachate generation, gas generation and mass loss in biochemical reaction process from landfill column test. Secondly, the strength characteristic of mixture and failure surface can be got by simple shear test, which will be done under different biochemical reaction phases. Furthermore, the rule can be obtained combined with biochemical kinetic model which inflect the characteristic of strength evolution and failure surface. According to the above results and the stability analysis method for landfill, the disaster mechanism and control technology for mixture in landfill can be confirmed. The research project possesses the important science and practical value because it enriches the scale of solid waste geotechnical mechanics under complex biochemical condition and offers the science directions for landfill design and management.

污泥与生活垃圾在填埋场混合填埋是目前污泥主要的处置途径之一，但是混合填埋体的强度和稳定性等问题尚不明确，填埋场存在工程灾变及区域环境污染的风险。本项目以固体废弃物生化过程与其岩土力学性质之间的耦合作用为科学问题，研究填埋场复杂生化反应条件下污泥-生活垃圾填埋体强度的演化规律及灾变机理。采用污泥-生活垃圾混合填埋柱试验研究混合填埋体在生化反应过程中的气、液产生及质量损失规律，建立混合填埋体的生化反应动力学模型；利用大型单剪仪获得不同生化反应阶段混合填埋体及破坏面的强度特性，结合生化反应动力学模型明确混合填埋体强度随生化反应过程的演化规律及破坏面迁移规律。在此基础上，结合填埋场稳定性分析方法，揭示混合填埋体的灾变机理并提出相应的调控措施。本项目拓展了复杂生化环境下固体废弃物岩土力学性质的研究范围，为污泥填埋场的设计及安全运营提供科学依据，具有重要的科学意义和应用前景。

污泥与生活垃圾在填埋场进行混合填埋是目前国内外常用的污泥处置技术之一，但是混合填埋技术中的压实特性、生化降解特性、强度特性以及演化规律、稳定性等基本理论问题缺少系统研究，填埋场存在工程灾变及区域环境污染的风险。. 本研究的主要成果和结论包括：. （1）研制了一套生化降解填埋柱和大型单剪仪. （2）开展混合填埋体的击实试验，获得了污泥掺入量与干密度的对数关系以及击实功与干密度的双曲线关系，在此基础上获得了污泥掺入量和击实功对干密度影响的耦合方程，给出了适合于混合填埋体的击实评价方法。. （3）开展混合填埋体的生化降解试验，获得了混合填埋体的产气动力学模型和有机物降解动力学模型，利用这两个动力学模型对其产气速率、总产气潜能、矿化稳定化时间等问题进行了预测，并对气体和液体的理化性质进行了测试，分析评价其生化降解情况。. （4）通过大型单剪试验，获得了混合填埋体的强度特性，结合有机物降解动力学模型，给出了生化降解下强度演化模型，并对强度损失进行了预测。从混合填埋体组分的角度，采用加筋土的复合材料模型，并结合新鲜混合填埋体和生化降解下混合填埋体的单剪试验，分析其抗剪强度机理。. （5）通过生化降解引起的力-气耦合作用，结合混合填埋体的有机物降解动力学模型，给出了模型简化的孔隙气压力解析解，并结合强度参数变化规律，对填埋场的稳定性进行评价。