垃圾土的压缩特性室内试验研究

【摘要】沉降是垃圾填埋场设计、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。

为研究垃圾土的压缩特性，开展了人工配制垃圾土试样的室内压缩试验。试验结果表明：50kPa、100kPa、200kPa 到300kPa 的增大，垃圾土试样的最终压缩量分别是84.3mm、109mm、125.5mm、137.8mm，其应变分别是33.7%、43.6%、50.2%、55.1%，试样的压缩量随着压力的增大而增大；试样前7 天的压缩量达到总压缩量的80% 左右，垃圾土在受到压力作用时，大部分的压缩沉降是迅速发生的。研究成果为后续开展垃圾填埋场沉降模型的研究提供支撑。

【关键词】垃圾土；人工配制；压缩特性；试验研究【中图分类号】X705 文献标识码：A

卫生填埋因操作简单、处理量大、投资低、收效快，是一种广泛且有效处理生活垃圾的方法，比较符合我国发展中国家的基本国情，是目前我国垃圾处理的主要方式。垃圾土和土虽都具有典型的固、液、气三相组成，但生活垃圾具有较大的压缩性，从而导致垃圾堆体不均匀沉降。垃圾土的压缩变形特性对分析填埋场的沉降意义重大[1]。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[2]。室内试验是研究垃圾土压缩特性的主要方法之一[3]。垃圾土的压缩特性是环境土力学领域研究的热点课题，很多的专家学者根据生活垃圾的特性，自主设计垃圾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。

本文在指导教师主持的科研能力培育基金（2017KYPY007）下，开展了人工配制的垃圾土试样的室内压缩试验。

1 试验材料与方法

现场垃圾取样虽较为真实，但由于生活垃圾分布的不均匀性和采样的随机性，试样的代表性仍值得怀疑，且用现场取得的试样进行试验往往还需要进行分选，以确定试样的成分组成。人工配制垃圾试样是在对国内外各地区填埋场中垃圾各组成成分进行资料统计后，对各种组分采用性质相近的材料代替并按总体配比配制试样，具有成本低，初始条件可控性好及试验成果的可重复性高的优点，是填埋场进行规律性研究新的试验途径。国内大多数城市已基本完成对当地垃圾典型组分的调查，根据调查结果配制垃圾试样再进行压缩试验是可行的，由此而得出的研究成果具一定的可比性。

参照武汉市生活垃圾组成成分，试验所用人工配制的生活垃圾试样组分为厨余、渣土、纸张、塑料、织物和草木，其比例依次为50%、26%、15%、3%、3% 和3%。垃圾土试样中各组分的粒径均人工破碎到4cm 以下，试样的含水量约55%、湿密度0.98g/cm3。

垃圾土各试样组分按照试验方案拌合均匀后密封养护24h，使试样的水分混合均匀。采用有机玻璃桶作为装样容器，下部设置3cm 左右的砂子为过滤层，其过滤层上放置下过滤板，垃圾土试样位于上过滤板和下过滤板之间，垃圾土试样的上方设置有上过滤板，上过滤板上设置堆载，可根据试样面积和所需压力大小计算获得堆载重量，开展了压力50kPa、100kPa、200kPa、300kPa四个级别下持续时间30 天的压缩试验。随着试样压缩的发生上过滤板可沿有机玻璃桶内壁向下自由移动。试样高度为250mm，在试样筒内按高度分层将垃圾试样填入并逐层压实，检查无误后可按照试验方案对试样进行加载，记录压缩量数据。压缩量记录方法是采用钢尺沿试样四周测量各测量一次取其平均值。严格控制试验条件，尽量减少外界因素对试验的影响。

2 试验结果与分析

随着垂直压力由50kPa、100kPa、200kPa 到300kPa 的增大，垃圾土试样的最终压缩量分别是84.3mm、109mm、125.5mm、137.8mm，其应变分别是33.7%、43.6%、50.2%、55.1%。在垃圾土在受到外力作用下颗粒发生移动和错位，其孔隙结构发生重组，从而引起垃圾土试样压缩。试样所受到的压力越大，其骨架弱化作用越强，前期压缩量也越大。在不同压力作用下，垃圾土试样前7 天的压缩量分别是67.5mm、92.7mm、101.7mm、113mm，可知试验前期（1-7d）试样压缩量较大，压缩量达到整个试验过程总压缩量的80% 左右。垃圾土在受到压力作用时，大部分的压缩沉降是迅速发生的。

3 结语

垃圾土的压缩机理极其复杂，从宏观表现上讲，垃圾土的压缩是一个应力和时间的双重函数；从微观上讲，垃圾土的压缩则是一个复杂的物理、力学、化学和生化降解的过程。垃圾土的压缩特性对垃圾填埋场沉降的研究意义重大，后续的研究工作中在垃圾土压缩特性的试验设备研发、试验数据丰富、压缩机理和数学模型等方面要加大力度。

参考文献：

[1] 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.

[2] 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.

[3] 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.