（岩土工程专业论文）填埋垃圾渗透特性测试及抽排竖井渗流分析.pdf

一 a u t h o r ss i g n a t u r e ： 一 s u p e r v i s o r 7 ss i g n a t u r e ： e x t e r n a lr e v i e w e r s ：r e n p e n gc h e n p r o f e s s o r u z h e j i a n gu n i v e r s i t y h a n k ek a s s o c i a t ep r o f e s s o r k z h e ii a n gu n i v e r s i t y e x a m i n i n gc o m m i t t e ec h a i r p e r s o n ： e x a m i n i n gc o m m i t t e em e m b e r s ： ! 墅坠i 坠g h 曼塾迎! q 鱼墨墨q 苎z h 自i 垒n g 堕旦i y 星! 墨i 鲤 y u n m i nh u p r o f e s s o r z h e ii a n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y d a t eo fo r a ld e f e n c e ：0 6 10 2 010 盟 一 一 一一 一 一 塑 一 l：薹| 虹出墅盟盟磐咝盐兰 戳一 蚴邋幽删逝薹戳拦竺 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿盘茎或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：言l 荔、】 签字日期：l 矿年钐月 夕日学位论文作者签名：l 动j 签字日期：l 矿年 纱月 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝鎏盘堂有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿态堂可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 翮翮 导师签名： 詹良豇 签字日期：加l 。年6 月7 日 签字日期：加i 口年多月，秒日 浙江大学硕士学位论文 致谢 本文从论文选题到最后完成，处处都有导师詹良通教授的悉心指导。回想起 在浙大的三年求学生涯，感慨万千。詹老师渊博的学识、严谨的治学态度、勇于 创新的科研精神对学生影响至深，并将使学生终生受益。感谢詹老师在我读硕士 期间给予的全方位指导和支持。詹老师是我的榜样。詹老师严谨的治学态度、渊 博的学术知识、活跃的思维，以及细致耐心、平易近人的工作作风让我受益匪浅。 感谢陈云敏教授为我提供了到国内多处填埋场实践的机会，我在现场得到了锻 炼，这是我宝贵的经历。 感谢课题组凌道盛教授、唐晓武教授、丁皓江教授、陈仁朋教授、柯瀚副教 授、王顺玉老师，感谢德育导师周燕国副教授，在他们的支持和帮助下，才使本 文试验得以顺利完成，在此表示深深的谢意。 读硕士期间，众多师兄弟都给了我莫大的帮助，感谢贾官伟、兰吉武，罗耀 武、沈文明等师兄的指导和帮助，感谢李鹤、刘伟、邓林恒、顾高莉等师弟的无 私奉献，感谢管仁秋、刘骏龙、王耀商、王艳等同学的热心帮助，与他们一起度 过的日子让我受益匪浅。 谨以此文献给我的恩师、我的家人，以及给予我关心和帮助的老师和朋友。 我将铭记恩师的教导和亲人的嘱托，带着所有人的殷切期望和美好祝愿踏上新的 征程。 刘钊 2 0 1 0 年5 月于浙大求是园 酽山填埋场二期扩建工程实 急垃圾堆体渗滤液水位的应 广建工程老填埋场渗滤液水 田有垃圾堆体渗滤液水位的 ：数；室内测试；现场测试： 1 芰水位过高 的变化规 b 可行的降 拘污染，保 犬态下的渗 与有效应力 立力控制， 由1 0 。3 c r n s 玫的影响不 藿试验，开 ，导到饱和渗 果度增加而 透系数由接 ，并最终稳 1 1 之间；抽 、含水层厚 水竖井工作 透系数、抽 而减小，抽 浙江大学硕士学位论文 水量也随之衰减，越到深层降水效果越不理 ( 6 ) 结合深圳下坪填埋场应急抗滑工程和苏州七 例，提出了采用小口径抽排竖井快速迫降失 急迫降技术、采用全场散布小口径竖井迫降 位的方案、提出了采用大口径竖井长期控制 方法等工程措施。 ( 7 ) 关键词：填埋垃圾；渗滤液水位；饱和渗透j 抽水试验；水位控制；抽排竖井。 i i i e x p e r i m e n t a ls t u d yo nh y d r a u l i cc o n d u c t i v i t yo fm u n i c i p a l s o l i dw a s t ea n d a n a l y s i so fp um p i n gv e r t i c a lw e l l a b s t r a c t l e a c h a t ew a t e rl e v e li nt h el a n d f i l l so fs o u t h e r nc h i n aa r e g e n e r a l l yh i g h ，g i v i n g r i s et os e r i o u ss l o p es t a b i l i t ya n dc o n t a m i n a t i o np r o b l e m s t h e r e f o r e ，i ti so f p r a c t i c a l a n dt h e o r e t i c a ls i g n i f i c a n c et oc o n t r o lt h el e a c h a t el e v e li n m u n i c i p a ls i l i dw a s t e l a n d f i l l f o c u s e do nt h a tp r o b l e m ，t h ew r i t e rc o m p l e t e dl a b o r a t o r yt e s t s ，f i e l dm o n i t o r i n g ， a n dn u m e r i c a la n a l y s i s t h em a i nc o n t e n t sa n dc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ( 1 ) t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e dt h es e e p a g et h e o r yo fp u m p i n gv e r t i c a lw e l l a sw e l la si t s a p p l y i n gc o n d i t i o n ( 2 ) s a t u r a t e d h y d r a u l i cc o n d u c t i v i t y d e p t h c h iv eo fm s ww a sm e a s u r e d b y l a b o r a t o r yt e s t so nb o r e h o l es a m p l e sf r o ms u z h o uq i z i s h a nl a n d f i l l w h i l et h e e f f e c t i v es t r e s si n c r e a s e df r o m10 k p at o2 5 0 k p a t h eh y d r a u l i cc o n d u c t i v i t y d e c r e a s e df r o m10 一c m st on e a r l y10 - 6 c l t i s t h e l a b o r a t o r yt e s t sa l s oi n d i c a t e d t h a td e g r a d a t i o np l a y sam i n o rr u l ei nt h ed e c r e a s eo f h y d r a u l i cc o n d u c t i v i t yw i t h d e p t h ( 3 ) t h ew r i t e rc o m p l e t e dt h ei ns i t up u m p i n gt e s ti ns u z h o uq i z i s h a nl a n d f i l l a n dt h e i n f i l t r a t i o n p o n d st e s t i n c h e n g d uc h a n g a l l l a n d f i l l t h e n c o m p a r e dt h e c o n d u c t i v i t y - d e p t hc u r v eo fl a b o r a t o r yt e s t sa n di ns i t ut e s t s i ti sf o u n dt h a tt h e r e s u l t so fi ns i t ut e s t sa r eo fa no r d e ro f m a g n i t u d eh i g h e rt h a nt h o s eo fl a b o r a t o r y t e s t s ( 4 ) t h ei ns i t up u m p i n gt e s ti ns u z h o uq i z i s h a nl a n d f i l ld e m o n s t r a t e dt h a tt h e d i s c h a r g er a t ed r o p p e dw i t ht h el e n g t h e n i n go fp u m p i n gt i m e ，a n di ta r r i v e da t e q u i l i b r i u ma ta b o u t15 m 3 d - 2 5m 3 d t h er a d i u so fi n f l u e n c eo ft h ev e r t i c a lw e i i i sa b o u t4 0 m - 5 0 m ( 5 ) t h en u m e r i c a la n a l y s i so fs e e p wi n d i c a t e d st h a tt h em o s ti m p o r t a n tp a r a m e t e r s i nv e r t i c a lw e l ld e s i g na r e ：t h eh y d r a u l i cc o n d u c t i v i t y , t h ed i s t a n c eo fw e l l s ，a n d t h ei n s i d em i d c o v e r ( 6 ) b a s e do nt h ee x p a n dp r o j e c to fq i z i s h a nl a n d f i l li ns u z h o u ，a n dt h ee m e r g e n c v r e i n f o r c e m e n tp r o j e c to f x i a - p i n gl a n d f i l li ns h e n z h e n ，t h ew r i t e rb r i n gf o r w o r d t w oe n g i n e e r i n gm e t h o d st h a tc a nb eu s e di nc o n t r o l l i n gs h o r t - t i m el e a c h a t el e v e l a n dl o n g - t i m el e a c h a t el e v e l i v 浙江大学硕士学位论文 k e yw o r d s ：m u n i c i p a ls o l i dw a s t e ；l e a c h a t el e v e l ；s a t u r a t e dh y d r a u l i cc o n d u c t i v i t y ； l a b o r a t o r yt e s e t s ；i n s i t ut e s t s ；p u m p i n gt e s t ；l e a c h a t ed r a w d o w n ；w a t e rc o n t r o l m e a s u r e s ；p u m p i n gv e r t i c a lw e l l v 浙江大学硕士学位论文 致谢 本文从论文选题到最后完成，处处都有导师詹良通教授的悉心指导。回想起 在浙大的三年求学生涯，感慨万千。詹老师渊博的学识、严谨的治学态度、勇于 创新的科研精神对学生影响至深，并将使学生终生受益。感谢詹老师在我读硕士 期间给予的全方位指导和支持。詹老师是我的榜样。詹老师严谨的治学态度、渊 博的学术知识、活跃的思维，以及细致耐心、平易近人的工作作风让我受益匪浅。 感谢陈云敏教授为我提供了到国内多处填埋场实践的机会，我在现场得到了锻 炼，这是我宝贵的经历。 感谢课题组凌道盛教授、唐晓武教授、丁皓江教授、陈仁朋教授、柯瀚副教 授、王顺玉老师，感谢德育导师周燕国副教授，在他们的支持和帮助下，才使本 文试验得以顺利完成，在此表示深深的谢意。 读硕士期间，众多师兄弟都给了我莫大的帮助，感谢贾官伟、兰吉武、罗耀 武、沈文明等师兄的指导和帮助，感谢李鹤、刘伟、邓林恒、顾高莉等师弟的无 私奉献，感谢管仁秋、刘骏龙、王耀商、王艳等同学的热心帮助，与他们一起度 过的日子让我受益匪浅。 谨以此文献给我的恩师、我的家人，以及给予我关心和帮助的老师和朋友。 我将铭记恩师的教导和亲人的嘱托，带着所有人的殷切期望和美好祝愿踏上新的 征程。 刘钊 2 0 10 年5 月于浙大求是园 浙江大学硕士学位论文 填埋垃圾渗透特性测试及抽排竖井渗流分析 摘要 针对国内填埋场渗滤液导排系统普遍容易发生淤堵的现状，渗滤液水位过高 的现状，本文旨在研究国内典型填埋场填埋垃圾渗透性及其随填埋深度的变化规 律，揭示了填埋堆体中抽排竖井工作性能的关键影响因素及规律，提出可行的降 低并控制填埋场渗滤液水位的工程措施，从而减小已建填埋场对环境的污染，保 证填埋场卫生、安全地运行。 本文主要工作和主要结论如下： ( 1 ) 介绍了竖井渗流分析的主要理论，并阐明其适用条件。 ( 2 ) 基于苏州七子山不同深度的填埋垃圾样，开展了在不同应力状态下的渗 透性室内测试，得到不同填埋深度垃圾试样的饱和渗透系数与有效应力 的关系曲线。测试结果表明：填埋垃圾渗透系数主要受有效应力控制， 随有效应力从1 0 k p a 增加到2 5 0 k p a ，填埋垃圾饱和渗透系数由1 0 。c m s 降低到】0 - 6 c m s ，不同填埋深度处垃圾的降解程度对渗透系数的影响不 显著。 ( 3 ) 基于苏州七子山填埋场抽水试验和成都长安填埋场渗滤液回灌试验，开 展了填埋垃圾渗透性的现场测试，并与室内试验结果对比，得到饱和渗 透系数比室内测试结果高一个数量级，饱和渗透系数随填埋深度增加而 显著减小，随填埋深度从2 m 增加到2 0 r n ，填埋垃圾饱和渗透系数由接 近1 0 - 3 c m s 降低到10 m s 。 ( 4 ) 苏州七子山填埋场抽水试验表明：抽水量随时间延长而减小，并最终稳 定在1 5 m 3 d 2 5m 3 d 之间；竖井的抽水影响范围在4 0 m 5 0 m 之间；抽 水影响范围内，堆体水位降落速度随时间的延长而交缓。 ( 5 ) 利用s e e p w 软件模拟分析了垃圾渗透系数、土水特征曲线、含水层厚 度、抽水井半径、抽水井间距、中间覆盖层等多种因素对抽水竖井工作 性能的影响，分析表明影响竖井降水效果的关键因素包括渗透系数、抽 水井井间距、中间覆盖层等，由于渗透系数随填埋深度增加而减小，抽 i i 浙江大学硕士学位论文 水量也随之衰减，越到深层降水效果越不理想。 ( 6 ) 结合深圳下坪填埋场应急抗滑工程和苏州七子山填埋场二期扩建工程实 例，提出了采用小口径抽排竖井快速迫降失稳垃圾堆体渗滤液水位的应 急迫降技术、采用全场散布小口径竖井迫降扩建工程老填埋场渗滤液水 位的方案、提出了采用大口径竖井长期控制既有垃圾堆体渗滤液水位的 方法等工程措施。f ( 7 ) 关键词：填埋垃圾；渗滤液水位；饱和渗透系数；室内测试；现场测试； 抽水试验；水位控制；抽排竖井。 浙江大学硕士学位论文 e x p e r i m e n t a ls t u d y o nh y d r a u l i cc o n d u c t i v i t yo f m u n i c i p a l s o l i dw a s t ea n da n a l y s i so fp u m p i n gv e r t i c a lw e l l a b s t r a c t l e a c h a t ew a t e rl e v e li nt h el a n d f i l l so fs o u t h e r nc h i n aa r eg e n e r a l l yh i g h ，g i v i n g r i s et os e r i o u ss l o p es t a b i l i t ya n dc o n t a m i n a t i o np r o b l e m s t h e r e f o r e ，i ti so fp r a c t i c a l a n dt h e o r e t i c a l s i g n i f i c a n c et o c o n t r o lt h el e a c h a t el e v e li nm u n i c i p a ls i l i dw a s t e i a n d f i l l f o c u s e do nt h a tp r o b l e m ，t h ew r i t e rc o m p l e t e dl a b o r a t o r yt e s t s ，f i e l dm o n i t o r i n g ， a n dn u m e r i c a la n a l y s i s t h em a i nc o n t e n t sa n dc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ( 1 ) t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e dt h es e e p a g et h e o r yo fp u m p i n g v e r t i c a lw e l l ，a sw e l la si t s a p p l y i n gc o n d i t i o n ( 2 ) s a t u r a t e dh y d r a u l i cc o n d u c t i v i t y - d e p t h c u r v eo fm s ww a sm e a s u r e db y l a b o r a t o r yt e s t so nb o r e h o l es a m p l e sf r o ms u z h o uq i z i s h a nl a n d f i l l w h i l et h e e f f e c t i v es t r e s si n c r e a s e df r o m10 k p at o2 5 0 k p a ，t h eh y d r a u l i cc o n d u c t i v i t y d e c r e a s e df r o ml0 - 3 c m st on e a r l y10 - 6 c m s t h el a b o r a t o r yt e s t sa l s oi n d i c a t e d t h a td e g r a d a t i o np l a y sam i n o rr u l ei nt h ed e c r e a s eo fh y d r a u l i cc o n d u c t i v i t yw i t h d e p t h ( 3 ) t h ew r i t e rc o m p l e t e dt h ei ns i t up u m p i n gt e s ti ns u z h o uq i z i s h a nl a n d f i l l ，a n dt h e i n f i l t r a t i o n p o n d s t e s ti n c h e n g d uc h a n g a nl a n d f i l l t h e nc o m p a r e d t h e c o n d u c t i v i t y d e p t hc u r v eo fl a b o r a t o r yt e s t sa n di ns i t ut e s t s i ti s f o u n dt h a tt h e r e s u l t so fi ns i t ut e s t sa r eo fa no r d e ro fm a g n i t u d eh i g h e rt h a nt h o s eo fl a b o r a t o r y t e s t s ( 4 ) t h ei ns i t up u m p i n gt e s t i ns u z h o uq i z i s h a nl a n d f i l ld e m o n s t r a t e dt h a tt h e d i s c h a r g er a t ed r o p p e dw i t ht h el e n g t h e n i n go fp u m p i n gt i m e ，a n di t a r r i v e da t e q u i l i b r i u ma ta b o u t15 m 3 d - 2 5m 3 d t h er a d i u so f i n f l u e n c eo ft h ev e r t i c a lw e l l i sa b o u t4 0 m - 5 0 m ( 5 ) t h en u m e r i c a la n a l y s i so fs e e p wi n d i c a t e d st h a tt h em o s ti m p o r t a n tp a r a m e t e r s i nv e r t i c a lw e l ld e s i g na r e ：t h eh y d r a u l i cc o n d u c t i v i t y , t h ed i s t a n c eo fw e l l s ，a n d t h ei n s i d em i d c o v e r ( 6 ) b a s e do nt h ee x p a n dp r o j e c to fq i z i s h a nl a n d f i l li ns u z h o u ，a n dt h ee m e r g e n c y r e i n f o r c e m e n tp r o j e c to fx i a p i n gl a n d f i l li ns h e n z h e n ，t h ew r i t e rb r i n gf o r w o r d t w oe n g i n e e r i n gm e t h o d st h a tc a nb eu s e di nc o n t r o l l i n gs h o r t - t i m el e a c h a t el e v e l a n dl o n g t i m el e a c h a t el e v e l i v 浙江大学硕士学位论文 k e yw o r d s ：m u n i c i p a ls o l i dw a s t e ；l e a c h a t el e v e l ；s a t u r a t e dh y d r a u l i cc o n d u c t i v i t y ； l a b o r a t o r yt e s e t s ；i n s i t u t e s t s ；p u m p i n gt e s t ；l e a c h a t ed r a w d o w n ；w a t e rc o n t r o l m e a s u r e s ；p u m p i n gv e r t i c a lw e l 1 v 浙江大学硕士学位论文 目次 致谢i 摘要i i a b s t r a c t - i v 目次 第1 章绪论 1 1 1 研究背景及意义1 1 2 国内外研究现状- - 7 1 3 本文的主要工作1 1 第2 章抽排竖井渗流分析理论 1 3 2 1 引言- - 1 3 2 2 竖井稳定流理论13 2 3 竖井非稳定流理论1 6 2 4 斜坡场地竖井渗流理论1 9 2 5 小结2 3 第3 章填埋垃圾渗透性的室内测试 2 4 3 1 引言2 4 3 2 室内试验方案2 5 3 3 试验方法及设备2 6 3 4 试验结果及分析2 8 3 5 小结3 7 第4 章填埋垃圾渗透性的现场测试 3 8 4 1 引言3 8 4 2 苏州七子山填埋场竖井抽水试验3 8 4 3 成都长安填埋场渗滤液回灌试验6 9 4 4 室内外测试结果比较7 7 4 5 小结- 7 8 第5 章垃圾堆体抽排竖井工作性能数值分析 7 9 5 1 引言7 9 v i 浙江大学硕士学位论文 5 2 数值分析方法及软件7 9 5 3 抽排竖井工作性能数值分析8 0 5 4 小结9 4 第6 章渗滤液水位控制技术及工程应用 - 9 5 6 1 引言- 9 5 6 2 失稳垃圾堆体渗滤液水位应急迫降技术9 5 6 3 扩建工程老填埋场渗滤液水位迫降方案10 3 6 4 既有垃圾堆体渗滤液水位长期控制方法10 5 6 5 小结- 1 1 0 第7 章结论与建议 - 1 1 3 7 1 主要结论1 1 3 7 2 进一步研究工作的建议1 1 4 参考文献- 1 1 5 作者简历1 1 9 v i l 浙江大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 研究背景及意义 现有的城市生活垃圾( m u n i c i p a ls o l i dw a s t e ，简称m s w ) 处置方法主要有填埋 法、焚烧法、堆肥法等，表1 1 1 列出了几个国家城市生活垃圾的不同处置方法 处理垃圾所占的比例，表1 1 2 列出了近年我国不同处置方法的设施数量及处置 能力。 表1 1 1 各国城市生活垃圾处置方法所占比例 表1 1 2 我国不同处置方法的设施数量及处置能力 缸格 无害处理设施数量无害处理能力( t d ) w 卫生填埋堆肥焚烧总计卫生填埋堆肥焚烧总量 2 0 0 l5 7 l1 3 4 3 67 4 ll9 2 7 5 5 2 5 4 616 5 2 02 2 4 7 3 6 2 0 0 25 2 87 84 56 5 l1 8 8 5 4 21 6 7 9 8 1 0 1 7 l 2 1 5 5 1 l 2 0 0 34 5 77 04 75 7 41 8 7 0 9 21 6 5 1 11 5 0 0 02 1 8 6 0 3 2 0 0 44 4 46 15 4 5 5 92 0 5 8 8 9 l5 3 4 716 9 0 72 3 81 4 3 2 0 0 53 5 64 66 74 6 92 1 1 0 8 51 1 7 6 73 3 0 1 02 5 5 8 6 2 2 0 0 63 2 42 0 6 9 4 1 3 2 0 6 6 2 6 9 5 0 63 9 9 6 62 5 6 0 9 8 2 0 0 73 6 6 1 7 6 64 4 92j 5 】7 97 8 9 0 4 4 6 8 22 6 7 7 5 1 由表1 1 1 、1 1 2 可见，现阶段填埋法仍然是城市生活垃圾最主要的处置方 法，在我国有8 0 的城市生活垃圾采用卫生填埋的方法处置。 我国从1 9 8 8 年开始制定和实施城市生活垃圾卫生填埋技术规范，之后依 据规范兴建了一批卫生填埋场，而此前多为简易填埋场。我国现有8 0 0 多个城市 生活垃圾填埋场，其中卫生填埋场3 5 6 个，另有上万座临时堆放点和简易填埋场， 积存了6 5 亿吨垃圾。 由于我国最早有关填埋场设计的规范并未规定填埋场内的渗滤液水位控制 标准，也没有对渗滤液导排与收集系统、封场覆盖系统等作出明确要求。因而国 内上世纪八九十年代建成的第一代垃圾填埋场以及更早的简易填埋场，大多存在 填埋作业区缺乏有效的雨污分流措施、场内渗滤液导排系统易发生淤堵等弊端， 浙江大学硕士学位论文 导致运营几十年后很多填埋场，尤其是位于南方湿润多雨地区的填埋场，填埋堆 体内渗滤液水位过高，多在填埋面以下5 米以内。 图1 1 1 1 1 3 所示，分别为深圳下坪填埋场、成都长安填埋场、苏州七子山 填埋场剖面图，国内填埋场尤其是南方湿润多雨区填埋场渗滤液水位情况可见一 斑。 呈呈塞宝星墨呈星容 基鎏曼塞曼墨星量昌 。 品 8 o o o 曩函 喧 雨 莩 8 匝 8 o 暄 磊 i 鬟 j ： o 老! o o o o o 岔 ：22石器 葺：oo o o o o 龌22 霉2 石器 0 o 西 o o o o o n 匝恒雨肆歪塔礅半稚镁ni一匝 g t 赛黜蒜 o o n o o “ 真卜幂聪1ii 联皋逍特书警特长麒餐 o o o 冀 匝旧雨爆剐塔r11巾书袤橡11匝 ev匿黯睁繁 0 蚺 o o n 收窄趟特二f醛扑长爆糖 浙江大学硕士学位论文 填埋场高渗滤液水位会导致一些列不利后果，例如垃圾堆体失稳滑坡( 如图 1 1 4 、1 1 5 所示) 、直接影响填埋作业( 如图1 1 6 所示) 、增加环境污染风险( 如 图1 1 7 所示) 、阻碍填埋气体收集利用( 如图1 1 8 所示) 等。 图1 1 4 高渗滤液水位引起堆体滑坡 图1 1 5 高渗滤液水位引起边坡失稳开裂 浙江大学硕士学位论文 图1 1 6 高渗滤液水位影响填埋作业 图1 1 7 高渗滤液水位引起周边土体污染 浙江大学硕士学位论文 图1 1 8 高渗滤液水位影响填埋气收集利用 渗滤液水位过高将加剧污染物的渗漏和扩散，研究表明，若填埋场底部衬垫 层上的渗滤液水头过高，则衬垫击穿时间( 污染物透过衬垫达到一定浓度的临界 时间) 将大大缩短，从而使透过衬垫的渗漏量大大增加。唐晓武等学者( 2 0 0 5 ) 计算了水头1 0 m 时2 m 厚粘土衬垫的击穿时间，考虑水头作用时击穿时间为5 年， 不考虑水头作用则不会击穿。 根据钱学德教授统计，国内外近十多年来有一半以上填埋场事故缘于渗滤液 水位过高，如2 0 0 0 年7 月1 0 日，菲律宾首都马尼拉附近的一座大型垃圾填埋场 发生堆体失稳，造成至少2 1 8 人被活埋，1 0 0 余人失踪的惨剧。可见降低并控制 填埋场渗滤液水位不仅关乎堆体稳定、环境污染等工程问题，还关系到周边区域 的人身与财产安全，因而行之有效的降低并控制填埋堆体渗滤液水位的工程措施 意义重大。 1 2 国内外研究现状 美国学者k r i s h n ar r e d d y 等【文献4 】总结了有关欧美国家填埋场填埋垃圾 渗透系数的研究成果，并结合工程实例，分析得到了欧美国家填埋垃圾随填埋深 度的变化趋势，填埋垃圾渗透性室内测试与现场试验结果分别列于表1 2 1 和表 122 浙江大学硕士学位论文 表1 2 1 欧美填埋垃圾渗透性室内测试结果 表1 2 2 欧美填埋垃圾渗透性现场测试结果 数据来源 干容重( k n m 3 )渗透系数( c m s ) l a n d v aa n dc l a r k 【l9 8 6 】 试坑，加拿大c a l g a r y 市填埋场 试坑，加拿大e d m o n t o n 市填埋场 试坑，加拿大m i s s i s s a u g a 市填埋场 试坑，加拿大w a t e r l o o 市填埋场 e t t a l a 【1 9 8 7 】 双套环试验及抽水试验 s h a n k 1 9 9 3 】 斯拉格试验，龄期2 0 年填埋垃圾 8 1 2 5 1 4 5 1 0 0 1 2 9 1 0 7 1 3 6 l o 5 1 3 1 重度压实 轻度压实 2 6 1 0 1 6 1 0 。2 1 3 1 0 1 1 1 0 - 2 5 o 1 0 一1 0 x 1 0 3 1 3 1 0 - 21 1 1 0 2 2 5 x1 0 - 6 _ 5 9 10 。7 2 5 1 0 5 2 0 x i 0 。5 9 8 x1 0 4 6 7 l o 。5 浙江大学硕士学位论文 j a i ne ta 1 【2 0 0 6 】 钻孔渗透仪测试，埋深3 - - 6 m 埋深6 1 2 m 埋深1 2 1 8 m 七子山填埋场埋深9 15 米填埋垃圾 成都长安填埋场埋深2 米填埋垃圾 6 1 1 0 5 4 x 1 0 - 6 2 3 1 0 5 6 1 0 6 1 9 1 0 一7 4 1 0 。6 5 5 1 0 49 o 1 0 。4 - - 2 1 1 0 - 4 7 7 1 0 4 k r i s h n ar r e d d y 总结认为垃圾渗透性受上覆压力影响显著，即有效应力越 大，渗透系数越小，并且垃圾渗透性一般随干密度增大而减小。综合分析结果表 明垃圾渗透性随填埋深度的增大而降低。这与表1 2 1 和表1 2 2 显示结果基本一 致。同时k r i s h n ar r e d d y 发现了室内试验测试结果一般小于现场试验结果这一 现象，与本文观点一致( 详见第三、四章) 表1 2 1 显示国外室内试验测得渗透系数范围跨度巨大，1 0 一1 0 一c m s ，并大多 在l o 一1 0 。5c m s 之间，该表最下方为苏州七子山填埋场不同深度处取样的室内测 试结果( 详见第三章) ，与国外室内试验结果规律较为一致。 表1 2 2 为国外现场试验测得渗透系数总结，可见不同填埋场、不同容重、 不同填埋深度的垃圾渗透性差异很大，范围在1 0 1 0 c m s ，而同一填埋场垃圾 渗透性交化范围多为一个到两个数量级。该表最下方为苏州七子山填埋场和成都 长安填埋场现场试验结果( 详见第四章) 。 国内关于垃圾渗透性随填埋深度或有效应力的变化情况相对较少。如图1 2 1 所示，柯瀚、冉龙等采用自制大尺寸压缩渗透仪测得新鲜垃圾的渗透系数典型 范围为1 o 1 0 1 o 1 0 。4c m s ，并得到新鲜垃圾渗透系数一竖向应力一孔隙比关系 曲线如图1 2 2 所示： 浙江大学硕士学位论文 图1 2 1 大尺寸压缩一渗透仪 v e r t i c a ls t r e s s ( k p a ) o o ； 日 - 刁 o 图1 2 2 新鲜垃圾渗透系数一竖向应力一孔隙比关系曲线 该室内试验研究揭示了垃圾渗透系数与上覆应力的关系，具有重要意义。然 而填埋垃圾毕竟不同于新鲜垃圾，因降解作用，其组分存在较大区别，国内填埋 垃圾渗透性随填埋深度的变化规律有待进一步研究。 一s，eu一堂i!q再。暑j9a宕苗 浙江大学硕士学位论文 国外也有学者，如h o s s a i n 等人，研究总结了垃圾饱和容重一饱和渗透系数 之间的关系，再加上国内苏州七子山填埋场取样垃圾室内试验结果与现场测试结 果，以及新鲜垃圾室内试验结果，绘制如图1 2 3 所示 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 01 4 0 01 6 0 0 岔 g 3 譬 糕 髅 蛔 艇 饱和密度( k g m 3 ) j a n ge ta 1 2 0 0 2 + h o s s a i ne ta 1 2 0 0 7 i q h o s s a i ne ta 1 2 0 0 7 i i - o - - h o s s a i ne ta 1 2 0 0 7 h i - - 0 - - h o s s a i ne ta 1 2 0 0 7 i v p o w r i ee t a l 1 9 9 9 苏州七子山填埋场抽水试验 - 苏州七子山填埋场取样室内试验 a 自制新鲜垃圾室内试验 图1 2 3 垃圾饱和容重饱和渗透系数关系 在填埋场工程领域，现在普遍采用的渗滤液水位控制措施有竖井、水平井、 盲沟等，其中以竖井的应用最广。目前多采用直径在4 0 0 m m 以上的大口径竖井， 并采用深井泵抽水，这种降水措施成本较高，并且施工工期较长。压缩空气抽排 竖井是一项逐渐得到认可和应用推广开来的降水措施，它具有较好的经济性。 浙江大学硕士学位论文 1 3 本文的主要工作 针对国内填埋场渗滤液收集与导排系统普遍容易发生淤堵，导致渗滤液水位 过高的现状，本文旨在研究国内典型填埋场填埋垃圾渗透性随填埋深度的变化规 律，提出可行的降低并控制填埋场渗滤液水位的工程措施，从而减小已建填埋场 发生环境污染的风险，保证填埋场卫生、安全地运行。 本文主要工作有： ( 1 ) 介绍了竖井渗流分析的主要理论，阐明其适用条件。并根据不同情况， 推荐了相应理论。 ( 2 ) 开展了填埋垃圾渗透性的室内测试试验，揭示并验证了国内填埋垃圾饱 和渗透系数随填埋深度的变化趋势。 ( 3 ) 开展了填埋垃圾渗透性的现场测试，并对比室内试验结果，分析其异同。 ( 4 ) 利用s e e p w 软件模拟分析了多种不同工况下抽排竖井的工作性能，为 工程应用提供参考。 ( 5 ) 结合深圳下坪填埋场应急抗滑工程和苏州七子山填埋场二期扩建工程实 例，提出了失稳垃圾堆体渗滤液水位应急迫降技术、扩建工程老填埋场 渗滤液水位迫降方案、既有垃圾堆体渗滤液水位长期控制方法等工程措 施。 浙江大学硕士学位论文 2 抽排竖井渗流分析理论 2 1 引言 垃圾填埋场抽排竖井为潜水井，可以根据现场试验结果利用潜水井流理论分 析求解含水层渗透性，也可以根据已知的渗透系数分析预测竖井工作性能。 潜水井理论具有模型简单明确、求解方便现等优点，有着广泛的工程应用。 现有潜水井竖井渗流理论可以分为稳定流理论和非稳定流理论两大类。 潜水稳定井流理论以d u p u i t 潜水稳定流理论为主要代表，它适应于水平的 均质各向同性潜水含水层，不考虑降雨、地表径流等，无越流补给，并要求抽水 试验的持续时间足够长，抽水井及监测井水位达到稳定或似稳定状态的情况。 潜水非稳定流理论以泰斯非稳定流理论为主要代表，基于泰斯理论的雅各布 直线图解法是最常用的求解方法，它适应于均质各向同性潜水含水层，其边界可 近似视为无限