秸秆纤维改良黏土作为填埋场衬垫防渗材料的可行性研究

【摘要】：针对垃圾填埋场运行过程中压实黏土衬垫开裂破坏失效中的关键科学问题，试图采用农作物秸秆纤维改良传统压实黏土衬垫，以提高衬垫系统的抗开裂特性以及承载能力。为评价秸秆纤维改良黏土作为填埋场衬垫材料的可行性，开展秸秆纤维改良黏土开裂试验研究，研究连续失水干燥与干湿循环作用下改良黏土的开裂规律，提出秸秆纤维黏土混合料的最佳配合比。通过室内土工试验，研究不同秸秆纤维掺量的压实黏土以及酸碱化学溶液腐蚀的改良黏土的强度与变形特性。开展酸碱化学溶液腐蚀下秸秆纤维改良黏土的微观结构试验研究，分析了化学溶液腐蚀条件下改良黏土的微观形貌、孔隙结构以及物质相比的演化规律。基于流体运动方程、溶质对流弥散方程、力平衡方程以及相关边界条件，建立反映渗流-应力-溶质耦合作用下填埋场衬垫变形的数学模型，并采用此模型仿真分析了衬垫的变形破坏规律以及污染物运移扩散趋势。基于以上研究，得出如下主要结论： （1）干湿循环作用对压实黏土开裂影响显著，随干湿循环次数的增多，开裂愈发明显；秸秆纤维改良黏土具有较好的抗开裂特性，随纤维掺量的增加，开裂因子(CIF)出现了先增大后减小的趋势，且当纤维掺量为0.3%时，CIF仅为0.00813； （2）纤维掺量为0.3%的改良黏土承载能力较高，无侧限抗压强度达到459.15kPa、抗剪强度指标c、φ为80.97kPa、21.06°、渗透系数为5.0×10-8cm/s、压缩系数α和压缩指数Cc达到最小值分别为0.18MPa-1和0.065MPa-1，压缩模量Es值为9.356MPa。酸碱化学溶液对秸秆纤维改良黏土强度特性影响显著，其无侧限抗压强度、抗剪强度明显下降，且酸性化学溶液腐蚀强度高于碱性化学溶液。 （3）酸碱化学溶液对黏土微观结构具有较大影响。腐蚀后压实黏土表面愈发粗糙、平整度下降，沟壑明显，比表面积增大；孔径增大，二次孔、中孔增多，颗粒排列由片堆结构演化至点-点排列结构。黏土中的有机质成分在酸碱化学溶液作用下出现腐蚀分解现象，且酸性腐蚀程度远大于碱性条件。 （4）基于秸秆纤维改良黏土衬垫变形与污染物运移数值仿真计算结果可知，在填埋场运行50天后，改良黏土衬垫层变形基本达到稳定状态，其应变为2.84%。衬垫层内作用点的变形量是呈轴对称变化，在衬垫层左右边界处其变形量为最大值。改良黏土中各点的浓度随时间的增加而增大，且污染物浓度随衬垫层深度的增加而减小。在600天时，渗滤液污染物已穿透衬垫层。污染物浓度的变化是呈轴对称变化，在衬垫层轴线处污染点的浓度为峰值。 【关键词】：垃圾填埋场 衬垫系统 秸秆纤维 改良黏土 干燥开裂
【学位授予单位】：武汉轻工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU993
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.3 主要研究内容及技术路线16-19
• 1.3.1 研究内容16-17
• 1.3.2 技术路线及论文的结构安排17-19
• 第2章 秸秆纤维改良黏土的开裂特性19-36
• 2.1 引言19
• 2.2 改良黏土的开裂试验19-21
• 2.2.1 试样材料19-20
• 2.2.2 试验方法20-21
• 2.3 试验结果与讨论21-34
• 2.3.1 连续干燥失水作用下改良黏土的开裂21-27
• 2.3.2 干湿循环作用下改良黏土的开裂27-34
• 2.4 本章小结34-36
• 第3章 秸秆纤维改良黏土的强度与变形特性36-51
• 3.1 引言36-37
• 3.2 试样材料与方法37
• 3.3 试验结果与讨论37-48
• 3.3.1 改良黏土强度与变形37-43
• 3.3.2 酸碱腐蚀作用下改良黏土强度与变形特性43-48
• 3.4 本章小结48-51
• 第4章 酸碱腐蚀秸秆纤维改良黏土的微观结构特性51-66
• 4.1 引言51-52
• 4.2 试验材料与方法52
• 4.3 试验结果与分析52-64
• 4.3.1 SEM 微观形貌52-56
• 4.3.2 微观孔隙结构56-61
• 4.3.3 TG-DTA 分析61-64
• 4.4 本章小结64-66
• 第5章 秸秆纤维改良黏土衬垫变形的数值仿真计算66-75
• 5.1 引言66-67
• 5.2 秸秆纤维改良黏土变形的数学模型67-74
• 5.2.1 数学模型67-68
• 5.2.2 边界条件68-69
• 5.2.3 数值模拟与分析69-74
• 5.3 本章小结74-75
• 第6章 结论与展望75-79
• 6.1 主要结论75-77
• 6.2 展望77-79
• 参考文献79-84
• 致谢84-85
• 攻读学位期间的研究成果85

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

木质素纤维在沥青混合料中的应用研究    黄彭

饱和多孔介质流固耦合渗流的数学模型    李培超,孔祥言,卢德唐

微波辐射下秸秆纤维微观结构的变化    邓华;李淳;曾秋苑;孙蓉;敖宁建;

纤维沥青路用性能机理    陈华鑫,张争奇,胡长顺

木质素纤维在沥青混合料中的应用    彭波

应用改性沥青技术处治沥青路面推移的研究    钱镤;田建文;曹晓凤;刘军胜;杨勇;

聚酯纤维改性沥青混合料路用性能研究    李雪峰;李靖;

短切玄武岩纤维沥青混合料路用性能研究    彭广银;钱振东;傅栋梁;

EPS外保温砂浆性能与工程应用    彭家惠;武海龙;张建新;陈明凤;韩舜;

Mathematical Model of Fluid Flow and Solidification in Mold Region of Continuous Slab Casting    谭利坚,沈厚发,柳百成

南沙水电站抗冲耐磨混凝土试验研究    谢祥明;石爱军;余青山;胡磊;

陶瓷过滤元件流动参数与结构参数对过滤特性的影响    高铁瑜,王新军,徐廷相

单裂隙层状岩体渗流模型研究    陈兴周;韩鹏辉;黄耀华;费秉宏;

富含纤维素类植物的纤维提取    韩晓谊;陈倩;梁列峰;

稻秸秆的化学脱胶工艺研究    花兆辉;杨丹;孙卫国;

大尺度缝洞型油藏弹性开采特征实验研究    常宝华;熊伟;高树生;刘华勋;张静楠;

基于指数式非达西渗流模型的解析解    傅礼兵;姚约东;

考虑轻油组分的SAGD过程热采稠油数值研究    唐明云;施安峰;贾江涛;吴斌;王晓宏;

线性复合油气藏试井解释模型及典型曲线分析    罗建新;张烈辉;赵玉龙;刘启国;

井钻遇溶洞油藏试井解释方法    杨锋;王新海;刘洪;

矩形五点井网稳定注采压力系统的建立    刘华林;熊伟;高树生;

数值试井若干关键技术研究    李道伦;杨景海;查文舒;

海底地层内CO_2渗流与水合耦合现象初步研究——热-流-固耦合数学模型    雷晓;邓建强;

浑水入渗对尾矿坝孔隙压力分布的影响分析    梁冰;金佳旭;张春梅;

Forchheimer型非达西渗流系统的数值模拟    邵九姑;许友生;

浸入式水口对结晶器流场和温度场影响的数值模拟    李国顺

圆坯连铸凝固传热模型及二冷动态控制研究    王水根

锌电解槽内电解液的水力学及数值模拟研究    王建伟

板坯连铸结晶器内流场与温度场的计算机仿真    李志国

CSP连铸热过程数值模拟    金光

板坯连铸凝固传热及压下位置预报模型的研究    魏勇

宽板坯结晶器内流场优化的水模实验研究    程亮

CSP薄板连铸坯二次冷却凝固过程的研究    高静娜

连铸板坯结晶器内钢液传热模型的数值模拟及摩擦力的计算    徐党委

板坯连铸机结晶器内三维流场和温度场的有限元分析    石俊

纤维在SMA混合料中作用机理分析与试验研究    李海军,吕伟民

湿热环境中复合材料吸湿性研究    郑路;常新龙;赵峰;张博;

中国燃煤大气排放汞量的估算与评述    张明泉;朱元成;邓汝温;张明泉;

新型植物纤维的研究与应用    何军;陈东生;

桑皮纤维的脱胶工艺研究    董震;丁志荣;

流固耦合油藏数值模拟中物性参数动态模型研究    冉启全,李士伦

美国的现代卫生填埋工程    钱学德,郭志平

微波辐射淀粉接枝共聚物研究    李凤梅;

储层流固耦合的数学模型及其有限元方程    董平川,徐小荷

微波辐射稻草浆蒸煮黑液处理技术的研究    刘宗瑜;彭铁成;孙保平;

垃圾填埋场衬垫封盖系统稳定性实验方法研究    李志斌;卢耀如;徐超;叶观宝;

垃圾填埋场衬垫系统穿刺性能评价    许四法;张勇;王哲;

饱和—非饱和填埋场衬垫系统中水渗流规律的数值模拟    黄发兴;陆海军;陈威;廖朱玮;

下蜀黄土用作填埋场衬垫层的防渗试验    浦辛刚;陈新民;

地下水位对垃圾填埋场衬垫性能的影响    何俊;范瑛;

秸秆纤维黏土混合料作为填埋场衬垫材料可行性研究    陆海军;陈威;董祎挈;

垃圾填埋场衬垫土壤材料对Cr(Ⅵ)的吸附特性研究    陆海军;栾茂田;张金利;于永鲜;

多场耦合作用下溶质运移模型及机制研究    李振泽;勝見武;乾徹;

防止水土受有毒金属污染的技术    何小娟

垃圾填埋场衬垫对Cr(Ⅵ)和Zn(Ⅱ)吸附的动力学研究    陆海军;栾茂田;张金利;于永鲜;

垃圾填埋场衬垫对重金属吸附特性的研究    战金辉

秸秆纤维改良黏土作为填埋场衬垫防渗材料的可行性研究    何卫

电场、渗流场和浓度场耦合作用下污染物在粘土中的迁移机理研究    叶肖伟