一种垃圾填埋场腾发封顶层结构设计方法
【专利摘要】本发明属于环境岩土工程技术领域，具体涉及一种通过室内模型试验，确定填埋场封顶层结构形式及初始边界条件的方法；包括以下步骤：步骤一，选取土层材料，测定土工特性；步骤二，选用合适的仪器设备；步骤三，改变结构形式、初始条件及边界条件；步骤四，通过对比HOBO小型自动气象站采集的水分分布数据，确定最优结构形式和初始边界条件；通过室内模型实验的方法，模拟降雨等边界条件，选择不同的土层结构和初始条件，来方便有效地确定更适合垃圾填埋场封顶层的材料、结构形式的参数。
【专利说明】
一种垃圾填埋场腾发封顶层结构设计方法
技术领域
[0001]本发明属于环境岩土工程技术领域，具体涉及一种垃圾填埋场腾发封顶层结构设计方法。
【背景技术】
[0002]随着工业化国家城市化进程的加快以及居民生活的不断改善，城市生活垃圾增速显著提高。垃圾填埋场的应用逐渐增多，针对垃圾填埋场封顶层的研究也越来越多。
[0003]传统的垃圾填埋场通常采用黏土封顶层。根据文献资料，黏土封顶层成本很高，而且在干旱与半干旱地区常因失水而开裂。大量雨雪等水分进入填埋场，导致填埋场的渗滤液大大增加。因此，有研究机构和学者提出，在干旱与半干旱地区，采用腾发封顶层来解决上述问题。
[0004]腾发封顶层通常由粉土、粉质黏土等适合植物生长的细粒土组成。此层土能储存大量水分，降雨时储水，天晴时通过植物将水分排出，有效降低了进入填埋场的水分，减少了渗滤液的产量。腾发封顶层与传统封顶层相比，具有造价低廉的优点，而且对土料的要求较低，可以就地取材。因此，在可以替代的地区，腾发封顶层的应用逐渐增多。腾发封顶层主要有单一土层型和毛细阻隔层型两种常见的结构形式。结构形式的不同对水分控制效果影响很大。随着毛细阻隔层的位置和厚度不同，结构整体性能也有很大区别。
[0005]目前对于填埋场腾发封顶层的研究方法多为现场试验、数值模拟或两者相结合。然而数值模拟与真实情况有一定差距，现场试验耗时较长，初始及边界条件控制较难，且需要大量的人力物力。因此，需要有一种新的方法对上述方法的劣势进行改进。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种通过室内模型试验的方法来测定不同结构形式的垃圾填埋场封顶层的水分运移特性，从而确定控制水分效果较好的封顶层结构形式以及材料的初始条件，为垃圾填埋场封顶层设计提供参考的垃圾填埋场腾发封顶层结构设计方法。
[0007]本发明所采用的技术方案是:
[0008]—种垃圾填埋场腾发封顶层结构设计方法，包括以下步骤:
[0009]步骤一，选取土层材料，测定土工特性；
[0010]步骤二，选用合适的仪器设备；
[0011]步骤三，改变结构形式、初始条件及边界条件；
[0012]步骤四，通过对比HOBO小型自动气象站采集的水分分布数据，确定最优结构形式和初始边界条件。
[0013]所述步骤一选用粗粒土和细粒土作为试验材料，测定土工参数。
[0014]所述步骤二所选用设备为人工降雨模拟器、蒸发皿、试验钢槽和HOBO小型自动气象站；其中所述钢槽为前面有刻度的透明有机玻璃板；所述HOBO小型自动气象站可连接多个传感器，传感器埋于土层的不同深度处，对土层含水率实时监测。
[0015]所述步骤三改变结构形式、初始条件及边界条件包括以下步骤:
[0016]3.1，选取封顶层结构形式；
[0017]3.2，选取合适的初始条件；
[0018]3.3，选取合适的边界条件；
[0019]其中所述步骤(3.1)选取封顶层结构形式，可选用阻隔层型结构和单一土层型结构；所述阻隔层型结构可选取浅阻隔层型和深阻隔层型；
[0020]所述步骤(3.2)选取合适的初始条件为，选择合适的初始含水率、初始孔隙率和初始渗透系数，同时通过HOBO小型自动气象站实时监测填埋场封顶层不同深度处含水率的变化情况，从而确定最适合当地气候条件的材料初始条件；
[0021]所述(3.3)选取合适的边界条件为通过横向与纵向两个方向来改变模型槽的倾角，从而实现填埋场封顶层上表面坡度的变化，监测填埋场封顶层表面坡度对水分运移的影响。
[0022]本发明的有益效果是:
[0023]1.通过室内模型实验的方法，模拟降雨等边界条件，选择不同的土层结构和初始条件，来方便有效地确定更适合垃圾填埋场封顶层的材料、结构形式的参数，从而为填埋场封顶层设计提供参考依据；
[0024]2.所采用的方法与传统方法相比，不仅能保证数据真实可靠，而且具有耗时更短、更经济、操作更方便的优点；
[0025]3.本发明可以直观方便地对填埋场封顶层水分运移等情况进行实时监测和分析。
【附图说明】
[0026]图1是一种垃圾填埋场腾发封顶层结构设计方法流程图。
【具体实施方式】
[0027]—种垃圾填埋场腾发封顶层结构设计方法，包括以下步骤:
[0028]步骤一，选取土层材料，测定土工特性；
[0029]步骤二，选用合适的仪器设备；
[0030]步骤三，改变结构形式、初始条件及边界条件；
[0031]步骤四，通过对比HOBO小型自动气象站采集的水分分布数据，确定最优结构形式和初始边界条件。
[0032]所述步骤一选用粗粒土和细粒土作为试验材料，测定土工参数。
[0033]选用粗粒土和细粒土作为试验材料，如砂土和粉质黏土。测定其土工特性，包括土水特征曲线、液限、塑限、塑性指数、干密度、最优含水率、孔隙率、重度、饱和渗透系数、饱和含水率和残余含水率等。
[0034]所述步骤二所选用设备为人工降雨模拟器、蒸发皿、试验钢槽和HOBO小型自动气象站；其中所述钢槽为前面有刻度的透明有机玻璃板；所述HOBO小型自动气象站可连接多个传感器，传感器埋于土层的不同深度处，对土层含水率实时监测。
[0035]所用仪器设备有人工降雨模拟器、蒸发皿、试验钢槽和HOBO自动气象站等。为方便观测土层含水率的变化，钢槽前面为有刻度的透明有机玻璃板。HOBO小型自动气象站，是目前应用比较广泛的小型自动气象站之一，整套系统由数据采集器、传感器、安装支架、软件等部件组成。可同时监测多种环境因子、土中水分分布和温度参数。
[0036]所述步骤三改变结构形式、初始条件及边界条件包括以下步骤:
[0037]3.1，选取封顶层结构形式；
[0038]3.2，选取合适的初始条件；
[0039]3.3，选取合适的边界条件；
[0040]其中所述步骤(3.1)选取封顶层结构形式，可选用阻隔层型结构和单一土层型结构；所述阻隔层型结构可选取浅阻隔层型和深阻隔层型；
[0041]选取封顶层结构形式。针对不同结构形式的填埋场封顶层，进行相应的室内模型试验。将粗粒土作为阻隔层，细粒土作为含水层，通过改变阻隔层的位置和厚度来改变封顶层的结构形式。在不同土层深度处埋设传感器，连续测定土层含水率等参数的变化。通过实测数据分析，模拟在当地降雨与蒸发条件下，填埋场封顶层水力学特性，以此确定最适合当地气候的封顶层结构形式
[0042]所述步骤(3.2)选取合适的初始条件为，选择合适的初始含水率、初始孔隙率和初始渗透系数，同时通过HOBO小型自动气象站实时监测填埋场封顶层不同深度处含水率的变化情况，从而确定最适合当地气候条件的材料初始条件；
[0043]选取合适的初始条件。通过改变粗粒土和细粒土的初始条件，比如初始含水率、初始孔隙率和渗透系数等参数，在模拟当地降雨与蒸发边界条件下，实时监测填埋场封顶层不同深度处含水率的变化情况，从而确定最适合当地气候条件的材料初始条件。
[0044]所述(3.3)选取合适的边界条件为通过横向与纵向两个方向来改变模型槽的倾角，从而实现填埋场封顶层上表面坡度的变化，监测填埋场封顶层表面坡度对水分运移的影响。
[0045]选取合适的边界条件。通过横向与纵向两个方向来改变模型槽的倾角，从而实现填埋场封顶层上表面坡度的变化，监测填埋场封顶层表面坡度对水分运移的影响。
[0046]本发明所采用的室内模型实验方法，可以直观方便地对填埋场封顶层水分运移等情况进行实时监测和分析，可以更方便地选择适合当地气候的填埋场封顶层的结构形式、边界条件和所用土层材料的初始条件，从而为填埋场封顶层设计提供参考依据。所采用的方法与传统方法相比，耗时更短、更经济、操作更方便。
【主权项】
1.一种垃圾填埋场腾发封顶层结构设计方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤一，选取土层材料，测定土工特性； 步骤二，选用合适的仪器设备； 步骤三，改变结构形式、初始条件及边界条件； 步骤四，通过对比HOBO小型自动气象站采集的水分分布数据，确定最优结构形式和初始边界条件。2.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场腾发封顶层结构设计方法，其特征在于:所述步骤一选用粗粒土和细粒土作为试验材料，测定土工参数。3.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场腾发封顶层结构设计方法，其特征在于:所述步骤二所选用设备为人工降雨模拟器、蒸发皿、试验钢槽和HOBO小型自动气象站；其中所述钢槽为前面有刻度的透明有机玻璃板；所述HOBO小型自动气象站可连接多个传感器，传感器埋于土层的不同深度处，对土层含水率实时监测。4.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场腾发封顶层结构设计方法，其特征在于:所述步骤三改变结构形式、初始条件及边界条件包括以下步骤: . 3.1，选取封顶层结构形式； . 3.2，选取合适的初始条件； . 3.3，选取合适的边界条件； 其中所述步骤(3.1)选取封顶层结构形式，可选用阻隔层型结构和单一土层型结构；所述阻隔层型结构可选取浅阻隔层型和深阻隔层型； 所述步骤(3.2)选取合适的初始条件为，选择合适的初始含水率、初始孔隙率和初始渗透系数，同时通过HOBO小型自动气象站实时监测填埋场封顶层不同深度处含水率的变化情况，从而确定最适合当地气候条件的材料初始条件； 所述(3.3)选取合适的边界条件为通过横向与纵向两个方向来改变模型槽的倾角，从而实现填埋场封顶层上表面坡度的变化，监测填埋场封顶层表面坡度对水分运移的影响。
【文档编号】G01N15/08GK106033047SQ201510111024
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月11日
【发明人】杨清雷, 于德浩, 龙凡, 张金利, 杨庆, 王康, 李霞, 韩天成, 张宣宣, 王李, 韩坦, 董德坤, 李宗科, 白帆
【申请人】中国人民解放军沈阳军区司令部工程科研设计所