论文部分内容阅读
填埋场内气体流动的孔隙空间——“迁移通道”既受上覆载荷的作用,也同时由于垃圾土骨架自身的降解而发生改变。如何有效地对垃圾填埋气体的迁移规律及气井的收集效能进行合理评估已成为填埋场沼气收集和利用工程中的重要研究课题,而定量描述垃圾堆体渗透特性的变化规律及建立固有渗透率和孔隙度的表征模型是解决这一难点的关键性科学问题之一。本文以多孔介质气-固耦合渗流理论、土力学以及生物降解动力学等多学科交叉理论为基础,以室内试验研究为主导,实现了对垃圾堆体固有渗透率和孔隙度的协同演化过程进行定量化预测；同时以数值仿真分析为依托,开展了渗流-应力全耦合条件下填埋气体迁移过程模拟。具体研究成果如下：(1)开展了不同载荷作用下垃圾堆体固有渗透率和孔隙度的协同演化试验,建立了固有渗透和孔隙度的定量表征模型,分析了不同含水率条件下固有渗透率和孔隙度的变化规律。传统K-C模型无法描述这一变化规律,而幂函数形式(κ=AnB)和线性函数形式(Ig(κ)=a+blg(n))两种协同表征模型均与试验结果达到了良好的拟合效果；模型尺寸从50mm增大至500mm,固有渗透率从10-15 m2增加至10-12m2,孔隙度从0.378增加至0.685。(2)分析了降解1个月、2个月和3个月后的垃圾固有渗透率和孔隙度的变化规律,发现降解时间越长,垃圾堆体固有渗透率和孔隙度下降的幅度越明显。当含水率为45%时,随着降解时间的增加,孔隙度最小降低至0.1,同时固有渗透率的变化幅度达到4个数量级。幂函模型对新鲜垃圾的k-n拟合效果较好,而K-C模型对降解后垃圾的k-n拟合效果较好。(3)构建了填埋气体迁移渗流-应力全耦合模型,分析了填埋场气体迁移规律,预测了气井收集效能,结果表明：考虑k-n模型的情况下填埋场内气体压力值高于不考虑k-n模型的情况,封场10年后压力差值最大达到0.346kPa；由于载荷的作用,气井平均流量较无载荷作用时偏低14.8%；加入快速渗透层可有效提高填埋气体的横向迁移速率,减小填埋气体的逸散,显著增加了气井的收集量。以上研究成果为进一步丰富和完善气-固耦合条件下填埋气体迁移演化特征、有效评估垃圾填埋场内气体迁移规律以及合理设计填埋气体的收集控制系统提供了依据。