城市垃圾填埋场大尺寸平板载荷试验与数值模拟研究

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随着城市人口的增长和工业化的发展,城市固体废弃物不断增加。原有的垃圾填埋场已经不再能填埋垃圾,这些早期建立的垃圾填埋场现已位于城市当中,迫切需要进行改造,近些年来对其进行生态修复建成为城市主题公园是一大趋势。对其进行修复则涉及到多方面的岩土工程问题。其中垃圾土的组成成分极其复杂,且具有较强的时空变异性。为了获得其准确的极限承载力与变形特性对后续的大面积填筑土方进行堆山造景及安全的正常运营具有十分重要的意义。然而,对其极限承载力与变形特性的准确确定十分困难,大尺寸平板载荷试验是较为可靠的方法。
  通过荷载板尺寸为4m×4m的大型平板载荷试验,对某垃圾场内垃圾土层的工程性能进行了试验,对加载过程中板下沉降、板周边地表沉降与板下分层沉降、板周边深层水平位移进行全过程的监测并进行分析,得出垃圾土层的整体变形特性。试验结果显示出垃圾土层在受荷载作用下变形量较大且影响深度可达10m,表现为冲剪破坏模式。试验得到垃圾土层的地基极限承载力为375.0kPa;研究表明:在矩形荷载作用下,压应力达到375kPa时,垃圾填土沉降变形达到10cm以上;荷载较低时,表现为浅层土体沉降为主,随着荷载的增大,深层土体沉降量逐步增大。
  在现场试验的基础上结合有限元数值软件ABAQUS对现场的大型平板载荷试验建立数值计算模型,进行模拟分析,模型计算结果表明各项数值与现场载荷试验基本吻合。考虑到垃圾土的组成成分极其复杂,且具有较强的时空变异性的特点,在数值模型里改变垃圾土的黏聚力、内摩擦角的数值,研究不同工况下垃圾土地基的极限承载力和变形的变化。随着黏聚力和内摩擦角的增大,垃圾土地基的极限承载力也增加。无论是天然地基还是其他特殊土的载荷试验均存在载荷板的尺寸效应问题,极限承载力和变形将随着载荷板的尺寸改变而变。数值分析垃圾土地基的极限承载力和变形随着载荷板尺寸的增加而增大,当载荷板边长达5m尺寸效应大幅较小,并趋于不变。
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