垃圾土压缩特性的蠕变模型研究

【摘要】为了研究垃圾土的压缩特性试验装置，分析了油压系统、气压系统、千斤顶和反力支架及量力环组合系统、堆载式加压和杠杆、砝码及螺旋千斤顶组合等五种加压方式的优缺点，研究工作可为丰富垃圾土压缩特性研究的试验设备提供参考借鉴。

【关键词】垃圾土；压缩特性；加载方式

【中图法分类号】TU993；文献标志码：A

1 引言

垃圾堆体的压缩是填埋场沉降的重要组成部分，是国内外填埋场设计、施工和运营的关键问题之一，也是目前垃圾填埋场所涉及的主要环境岩土工程问题之一[1-2]。填埋场沉降研究可为填埋场容积量的预测、增加库容、封场覆盖系统开裂失效、气液导排系统的设计和维护及场地再利用提供科学的依据[3-4]。垃圾土的压缩变形特性对分析填埋场的沉降意义重大，室内试验是研究垃圾土压缩特性的主要方法之一[5]，许多学者自主设计了垃圾土压缩的室内试验设备，开展了垃圾土压缩室内试验方面的研究。刘荣[6] 通过自制的沉降试验装置研究了垃圾的沉降特性，该装置由直径300mm、高400mm 的有机玻璃筒、砝码、支架、沉降仪、刻度盘、排气管和反滤层等组成；谢强等[7] 利用自制的蠕变压缩试验仪，采用分别加载的方式研究了垃圾的蠕变特性。该试验装置由桶状容器、荷载、导向装置、承载板、沉降观测板、百分表、渗滤层等组成，试样直径100mm，高235mm；谢焰等[8] 研制了生活垃圾固、液、气相互作用系统，该装置由土样室、温控系统、密封系统、加压系统、回灌系统、气体收集系统、锤头拆卸装置，土样室直径190mm，高600mm，加压时砝码会沿导向杆滑动易被卡牢，适用于试样直径不大，加载压力较小；张振营[9] 研制了主动式垃圾压缩试验装置，由压缩容器、杠杆系统、涡轮蜗杆系统、压缩量观测等组成，压缩容器内径190mm，净高340mm，涡轮蜗杆系统最大行程300mm；孔宪京等[10] 研制了垃圾土压缩- 降解仪，该设备由装样室、密封系统、加载系统、温控系统、气液收集及渗沥液回灌系统组成，试样筒内径100mm，试样高度400mm；Chen 等[11] 研制了固体废弃物的压缩试验仪，是由圆柱形压缩室、压缩观测、数据处理系统、加载平台、混凝土块等组成，内径分84mm 和98mm 两种，高度为250mm。以上文献大部分设备采用堆载式的加载方式，加压操作麻烦，如荷载较大则添加砝码或混凝土块过多，易发生倾斜导致试样受力不均匀，且可能导致事故发生。目前关于垃圾土的压缩试验设备还有待进一步的丰富和补充，本文在指导教师主持的科研启动基金（2020170317）支持下，介绍了研制的垃圾土压缩特性试验装置的几种不同加装方式的优缺点。

2 加载方式对比

垃圾填埋场的沉降是由物理力学压缩、机械蠕变和有机质降解三部分组成。垃圾土和土虽然都是典型的固、液、气三相体，但其显著区别是由于有机质的降解，因此通常条件下垃圾土压缩试验装置均应该具备加压功能、密封功能、气液收集功能。其中密封、气液收集的实现方式都差不多，主要区别在于试样加压的方式。论文统计了油压系统、气压系统、千斤顶和反力支架及量力环组合系统、堆载式加压和杠杆、砝码及螺旋千斤顶组合等五种加压方式，并对比了其利弊。

（1）油压系统，采用手压泵以及稳压器来实现，但油压系统存在压力调节控制较难，而且稳压器价格较昂贵，导致设备的造价过高等缺点。

（2）气压系统：主要是由空压机和调压阀的组合形式来实现，对调压阀的精确程度有一定的要求，如果停电会导致空压机不能给试样提供气压，存在不能断电的缺点。

（3）千斤顶和反力支架及量力环：被动式加载，利用千斤顶加油压，通过反力装置将荷载传递到垃圾土试样上，有操作较麻烦且不适宜于长期加压的缺点。

（4）堆载式加压，存在操作麻烦，加载不稳定，荷载较大时添加砝码或混凝土块过多，易发生倾斜等缺点。

（5）杠杆、砝码及螺旋千斤顶组合的方式：利用杠杆原理将荷载施加给试样，使用螺旋千斤顶调节杠杆平衡，给装置提供稳定的荷载使试样均匀受力。此类加载方式（即杠杆、砝码和螺旋千斤顶的方式），主要是基于物理学的角度来加压，不存在断电及压力难控制的缺点，造价相对而言较低，且还可避免试样由于压缩量过大使杠杆倾斜。

3 结语

本文对比了五种不同加载方式的优缺点，杠杆、砝码及螺旋千斤顶组合的物理加载方式不存在断电、压力难控制及试样受力不均匀的缺点，且造价相对较低的优点可作为首选，在后续自主研制的垃圾土压缩特性试验装置中可根据不同加载方式的优缺点选择适合自己所需要的。研发出满足垃圾土压缩特性室内试验研究的基本要求、操作方便、加载稳定、占地面积小等优点的实验设备。

参考文献：

[1] 陈云敏，谢焰，詹良通. 城市生活垃圾填埋场固液气耦合一维固结模型[J]. 岩土工程学报，2006，28（2）：184-190.

[2] 孔宪京，孙秀丽. 城市固体废弃物沉降模型研究现状及其进展[J]. 大连理工大学学报，2006，46（4）：615-624.

[3] 谢强，张永兴，张建华. 生活垃圾卫生填埋场沉降特性研究的意义及现状[J]. 重庆大学学报，2003，26（8）：119-126.

[4] 胡敏云，陈云敏，温振统. 城市垃圾填埋场垃圾土压缩变形的研究[J]. 岩土工程学报，2001，23（1）：123-126.

[5] 徐晓兵，詹良通，陈云敏，等. 城市生活垃圾填埋场沉降监测与分析[J]. 岩土力学，2011，32（12）：3721-3727.

[6] 刘荣. 城市固体废弃物（MSW）实验填埋力学参数研究[D]. 南京：河海大学，2003.

[7] 谢强，张永兴，张建华. 重庆市城市生活垃圾的蠕变特性研究[J]. 土木工程学报，2007，40（10）：74-79.

[8] 谢焰，陈云敏，唐晓武，等. 城市生活垃圾降解压缩试验仪研制及应用[J]. 岩土工程学报，2005，27（5）：571-576.

[9] 张振营，陈云敏. 固体废弃物压缩特性及填埋场沉降研究[J]. 岩土工程学报，2005，27（1）：116-120.

[10] 孔宪京，孙秀丽，邹德高. 垃圾土蠕变- 降解特性的室内试验研究[J]. 岩土力学，2008，29（2）：337-341.

[11]Chen Y M，Zhan L T，Wei H Y，et al.Aging andcompressibility of municipal solid wastes[J].Waste Management，2009，29（1）：86-95.

作者简介：湖北文理学院2016 级土木工程专业本科生