CN106290793B - 用于气-液诱发填埋体失稳的离心模型试验方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于气‑液诱发填埋体失稳的离心模型试验方法，其包括如下步骤：步骤A，提供一个用于放置在土工离心机吊篮内的模型箱，所述模型箱内通过一个带有孔洞的隔板分为进水区和模型区，在所述模型区紧靠所述隔板设置用于模拟垃圾填埋体的土工模型，所述土工模型由混合有碳酸钙的砂土制成；步骤B，当所述土工离心机运行至设定G值时，通过所述土工离心机向所述进水区注入柠檬酸溶液；步骤C，在所述进水区的所述柠檬酸溶液通过所述隔板渗入所述土工模型的过程中，监测所述土工模型的失稳情况，从而模拟填埋场垃圾体产气效应对稳定性的影响。本发明所提出的用于气‑液诱发填埋体失稳的离心模型试验方法，可很好的模拟填埋场垃圾体产气效应对稳定性的影响。

Description

用于气-液诱发填埋体失稳的离心模型试验方法
技术领域
本发明涉及岩土工程土工离心实验技术领域，特别涉及一种用于气-液诱发填埋体失稳的离心模型试验方法。
背景技术
城市固体废弃物不易焚烧，焚烧处理成本高，其它如堆肥法、热处理法等在技术和成本上都还不成熟。对垃圾进行填埋处理是常用的垃圾处理手段，在我国约有80％的城市生活垃圾都是填埋处理。
以往对填埋场设计、施工、填埋、封闭等方面的考量主要集中于对地下水和大气环境的污染和影响。随着城市化的不断进展，垃圾受纳空间的超负荷使用也越来越成为常态，就在2015年12月20日，广东深圳市光明新区凤凰社区恒泰裕工业园发生山体滑坡，共造成33栋建筑物被掩埋或不同程度损坏，覆盖面积约38万平方米，据广东省地质灾害应急专家组现场调查，深圳光明新区垮塌体为人工堆土，原有山体没有滑动。人工堆土垮塌的地点属于淤泥渣土受纳场，主要堆放渣土和建筑垃圾，由于堆积量大、堆积坡度过陡，导致失稳垮塌，造成多栋楼房倒塌。除了这起重大事件，近年来，全球各地相继发生过多起填埋场由于内部稳定性破坏，造成人员伤亡和大量的财产损失的事件。这样一来，也使得对填埋场进行稳定性的研究迫在眉睫。
在我国城市生活垃圾主要采用卫生填埋法进行处理，由于垃圾土体成分复杂加上长时间堆载，雨水渗入和有机物生化降解反应产生大量气体和渗滤液，导致大型垃圾填埋场内垃圾土体(即填埋体)失稳机理十分复杂。近些年国内外学者对垃圾土体的力学特性研究有了长足的发展，对于稳定性研究多采用数值模拟的方法或基于经典土力学理论中的解析方法，缺乏试验的验证。土工离心机技术是一种运用离心机产生离心加速度的设备，这样就可以利用缩小尺寸的土工模型直观地再现填埋体的工作状态，进而获得相关的数据。
要研究基于气-液耦合作用下填埋体的失稳状态，必须要能够控制水分和气压，中国专利CN103713110B提供了一种基于液气耦合作用的填埋场土坡失稳离心模型试验装置，其可通过给装有土工模型的密封箱喷水和控制密封箱内部气压来模拟填埋体的液气耦合作用情况，但其并不能模拟真实的填埋体内部产生气穴的情况，而且，正如中国专利CN104391103B(用于离心模型的降雨模拟方法及其装置)中所记载，类似中国专利CN103713110B所采用的利用雾化喷嘴喷水的方法，由于水体速度较大，在高G值环境(例如大于50G的离心试验环境)中，如果直接冲击到土工模型上，会对土工模型造成损伤，这就限制了中国专利CN103713110B所提供的方案只能应用在小G值(例如10G以下)的试验环境，也就意味着难以模拟大型的垃圾填埋场来进行研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于气-液诱发填埋体失稳的离心模型试验方法，以减少或避免前面所提到的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于气-液诱发填埋体失稳的离心模型试验方法，其包括如下步骤：
步骤A，提供一个用于放置在土工离心机的吊篮内的模型箱，所述模型箱内通过一个带有孔洞的隔板分为进水区和模型区，在所述模型区紧靠所述隔板设置用于模拟垃圾填埋体的土工模型，所述土工模型由混合有碳酸钙的砂土制成；
步骤B，当所述土工离心机运行至设定G值时，通过所述土工离心机向所述进水区注入柠檬酸溶液；
步骤C，在所述进水区的所述柠檬酸溶液通过所述隔板渗入所述土工模型的过程中，监测所述土工模型的失稳情况，从而模拟填埋场垃圾体产气效应对稳定性的影响。
优选地，所述土工模型的混合比例为每1kg砂土混合有20g碳酸钙。
优选地，所述柠檬酸溶液的配制浓度为30g柠檬酸/400ml水。
优选地，在步骤A中，所述土工模型埋置有多个孔压传感器。
优选地，在步骤A中，在所述进水区11的底部设置一个孔压传感器。
优选地，在步骤B中，向所述进水区注入柠檬酸溶液前，使所述土工离心机在设定G值下稳定至少运行5分钟。
本发明所提出的用于气-液诱发填埋体失稳的离心模型试验方法，利用化学反应的原理从土工模型内部产生气体，随着加入溶液的增大，溶液从水箱靠近土工模型一侧渗入，水位不断上升，土工模型的产气量也不断增大，从而可很好的模拟填埋场垃圾体产气效应对稳定性的影响。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1显示的是本发明的用于气-液诱发填埋体失稳的离心模型试验方法的模型箱的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现参照附图说明本发明的具体实施方式。
图1显示的是本发明的用于气-液诱发填埋体失稳的离心模型试验方法的模型箱的结构示意图。参见图1所示，本发明提出了一种用于气-液诱发填埋体失稳的离心模型试验方法，其包括如下步骤：
步骤A，提供一个用于放置在土工离心机的吊篮内的模型箱1，所述模型箱1内通过一个带有孔洞的隔板2分为进水区11和模型区12，在所述模型区12紧靠所述隔板2设置用于模拟垃圾填埋体的土工模型3，所述土工模型3由混合有碳酸钙的砂土制成；
所述土工模型3由均匀的掺有碳酸钙的砂土分层夯实制成，在制备过程中，可埋置有多个孔压传感器，这样，在试验过程中，可测量相应位置的孔隙液体压力值。所述土工模型3紧靠所述隔板2设置，这样，所述进水区11的液体可通过带有孔洞的所述隔板2渗入所述土工模型3，从而避免了背景技术所提及的喷淋方式供水容易对所述土工模型3造成损伤的问题。
所述模型箱1的一个侧壁可设置为透明的钢化玻璃板13，这样可便于观测所述土工模型3的制作过程，避免所述土工模型3在制作过程出现缺陷，且在试验过程中也可很好的利用摄像头等工具观测所述土工模型3截面的变化情况。
所述隔板2上的孔洞可以是均布的直径为1-3mm的孔，这样一方面可保障所述进水区11的液体的渗入，另一方面可避免所述土工模型3的砂土向所述进水区11遗漏。
在所述进水区11的底部也可以设置一个孔压传感器，这样，在试验过程中，可更好的检测水位。
所述土工模型3的混合比例可以为每1kg砂土混合有20g碳酸钙。
步骤B，当所述土工离心机运行至设定G值时，通过所述土工离心机向所述进水区11注入柠檬酸溶液；
当所述土工离心机运行至设定G值(例如50G)时，可以使所述土工离心机在该G值(例如50G)下稳定至少运行5分钟，这样可使得所述土工模型3结构更加稳定。之后，再向所述进水区11注入柠檬酸溶液。所述柠檬酸溶液的配制浓度可为30g柠檬酸/400ml水。
步骤C，在所述进水区11的所述柠檬酸溶液通过所述隔板2渗入所述土工模型3的过程中，监测所述土工模型3的失稳情况，从而模拟填埋场垃圾体产气效应对稳定性的影响。
由于本发明的技术方案中，所述柠檬酸溶液通过所述隔板2渗入所述土工模型3，因此也就可以保障在高G值(大于等于50G)运行条件下进行供液时，液体对所述土工模型3的影响最小，也就时避免了背景技术所提及的喷淋方式供水容易对所述土工模型3造成损伤的问题，从而可在高G值(大于等于50G)运行条件下利用小模型模拟大型的垃圾填埋场来进行研究。
此外，本发明利用柠檬酸溶液与碳酸钙的化学反应在所述土工模型3中产生气体，从而可很好的模拟填埋场垃圾体内部产气效应对稳定性的影响。
本发明所提出的用于气-液诱发填埋体失稳的离心模型试验方法，利用化学反应的原理从土工模型内部产生气体，随着加入溶液的增大，溶液从水箱靠近土工模型一侧渗入，水位不断上升，土工模型的产气量也不断增大，从而可很好的模拟填埋场垃圾体产气效应对稳定性的影响。
本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种用于气-液诱发填埋体失稳的离心模型试验方法，其特征在于，其包括如下步骤：
步骤A，提供一个用于放置在土工离心机吊篮内的模型箱，所述模型箱内通过一个带有孔洞的隔板分为进水区和模型区，在所述模型区紧靠所述隔板设置用于模拟垃圾填埋体的土工模型，所述土工模型由混合有碳酸钙的砂土制成；
步骤B，当所述土工离心机运行至设定G值时，通过所述土工离心机向所述进水区注入柠檬酸溶液；
步骤C，在所述进水区的所述柠檬酸溶液通过所述隔板渗入所述土工模型的过程中，监测所述土工模型的失稳情况，从而模拟填埋场垃圾体产气效应对稳定性的影响。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土工模型的混合比例为每1kg砂土混合有20g碳酸钙。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述柠檬酸溶液的配制浓度为30g柠檬酸/400ml水。
4.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在步骤A中，所述土工模型埋置有多个孔压传感器。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤A中，在所述进水区的底部设置一个孔压传感器。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤B中，向所述进水区注入柠檬酸溶液前，使所述土工离心机在设定G值下至少稳定运行5分钟。
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