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基于现场和室内试验的垃圾土抗剪强度参数分析

张坤勇 薛堂伟 李俊吉 李大龙 谢鑫

张坤勇, 薛堂伟, 李俊吉, 李大龙, 谢鑫. 基于现场和室内试验的垃圾土抗剪强度参数分析[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20240607
引用本文: 张坤勇, 薛堂伟, 李俊吉, 李大龙, 谢鑫. 基于现场和室内试验的垃圾土抗剪强度参数分析[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20240607
ZHANG Kunyong, XUE Tangwei, LI Junji, LI Dalong, XIE Xin. Analysis of Shear Strength Parameters of Waste SoilBased on Field and Laboratory Tests[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20240607
Citation: ZHANG Kunyong, XUE Tangwei, LI Junji, LI Dalong, XIE Xin. Analysis of Shear Strength Parameters of Waste SoilBased on Field and Laboratory Tests[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20240607

基于现场和室内试验的垃圾土抗剪强度参数分析

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20240607
基金项目: 国家自然科学基金项目(41530637)
详细信息
    作者简介:

    张坤勇(1975—),男,教授,博士,研究方向为土的基本特性、土与结构相互作用等方面的研究工作,E-mail:ky_zhang@hhu.edu.cn

  • 中图分类号: TU432

Analysis of Shear Strength Parameters of Waste SoilBased on Field and Laboratory Tests

  • 摘要:

    现阶段关于垃圾土抗剪强度参数的研究大多基于室内垃圾土试样开展,通过室内试验获得的参数往往与实际参数有较大差别,导致垃圾填埋场变形计算误差较大. 针对室内试验引起的误差问题,依托在建垃圾填埋场封场修复工程,通过开展垃圾土现场大型直剪试验和室内小尺寸直剪试验,与文献试验结果相比较,分析垃圾土抗剪强度参数的影响因素和变化规律. 结果表明:垃圾土抗剪能力高于传统土体,随着剪切位移增加,剪切应力持续上升并趋于稳定;垃圾土密度与抗剪强度呈线性正相关,当密度从 750 kg/m3 增至 950 kg/m3 时,黏聚力从 22.5 kPa 增至 34.5 kPa,摩擦角从 36.7°降至 30.2°;室内小尺寸剪切盒试验所得黏聚力均值(14.91 kPa)较现场大尺寸试验(21.18 kPa)低 6.27 kPa,而摩擦角均值(35.17°)较现场试验(28.56°)高 6.61°.

     

  • 图 1  现场直剪仪实图

    Figure 1.  Actual picture of field direct shear apparatus

    图 2  轴向加载装置

    Figure 2.  Axial loading device

    图 3  现场试验步骤

    Figure 3.  On-site test procedure

    图 4  现场直剪试验应力-应变曲线

    Figure 4.  Stress–strain curves of field direct shear test

    图 5  封场填埋场垃圾土组分分布

    Figure 5.  Composition distribution of waste soil in closed landfills

    图 6  填埋场垃圾土含水率

    Figure 6.  Moisture contents of waste soil in landfills

    图 7  室内直剪仪

    Figure 7.  Laboratory direct shear apparatus

    图 8  不同室内直剪试验剪切位移-剪应力关系曲线

    Figure 8.  Shear displacement–shear stress relationship curves of different laboratory direct shear tests

    图 9  抗剪强度参数对比图

    Figure 9.  Comparison of shear strength parameters

    图 10  不同尺寸下抗剪强度参数分布图

    Figure 10.  Distribution of shear strength parameters at different sizes

    表  1  现场直剪试验结果

    Table  1.   Field direct shear test results

    编号 竖向压力/kPa 密度/
    (kg·m−3
    黏聚力/
    kPa
    摩擦角/
    (°)
    100 200 300
    X1 52.33 70.15 87.82 955.68 34.1 10.1
    X2 52.55 70.06 87.66 951.70 35.0 10.0
    X3 52.23 69.90 87.74 946.13 34.5 10.5
    X4 57.12 76.51 97.31 964.44 36.8 11.4
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    表  2  生活垃圾土分拣试验结果

    Table  2.   Results of domestic waste soil sorting test

    序号 塑料/
    g
    布料/
    g
    植物和
    厨余/g
    橡胶和
    玻璃/g
    其他/
    g
    干重量/
    g
    湿重量/
    g
    1130.339.890.123.9238522.11059.2
    2100.825.67210.4340.1548.91023.9
    395.92.589.163.2438.6689.31131.2
    466.995.565.963339.9631.21001.6
    588.830.689.885.2384.8679.21056.8
    合计482.7194406.9245.71741.43070.75272.7
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    表  3  各地区填埋场城市生活垃圾含水率

    Table  3.   Moisture contents of municipal solid waste in landfills of each region

    序号 来源 填埋场地点 时间 含水率(%)
    1 文献[15] 北京市部分城区生活垃圾处理站 2018年 46.85~52.36
    2 文献[16] 广东省始兴、仁化和江门地区垃圾收集点 2013年 24.03~56.87
    3 文献[17] 广东省海岛垃圾填埋场 2019年 48.26~60.22
    4 文献[18] 上海市老港四期填埋场 2015年 52.60~71.20
    5 文献[19] 上海市全市各垃圾处理站 2016年 54.27~64.59
    6 文献[20] 杭州市典型地段垃圾中转站 2005年 48.80~65.10
    7 文献[21] 大辛和老虎冲填埋场 2013年 46.54~74.90
    8 文献[22] 湖北省铁门岗乡等生活垃圾处理站 2018年 30.01~72.60
    9 文献[23] 天津滨海新区 2010年 52.04~56.59
    10 文献[24] 四川省典型城市生活垃圾 2012年 55.83~59.41
    11 文献[25] 芦家沟、寺儿沟等填埋场 2012年 29.20~55.64
    12 文献[26] 湖南省重点典型城市垃圾处理站 2020年 36.25~47.75
    13 文献[27] 西藏西藏乡村生活垃圾处理站 2020年 30.00~60.00
    14 文献[28] 沈阳市大辛垃圾填埋场 2021年 57.88~63.11
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    表  4  密度对黏聚力的方差分析

    Table  4.   Variance analysis of effect of density on cohesion

    变异来源 平方和 自由度 均方 F P 显著
    密度 182.56 4 45.64 28.32 <0.001 显著
    误差 56.89 15 3.79
    总和 239.45 19
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    表  5  剪切强度参数的文献列表

    Table  5.   List of literature on shear strength parameters

    来源 试样尺寸 填埋场地点 时间 黏聚力/kPa 摩擦角/(°)
    文献[30] d=130 mm,h=76 mm 洛杉矶市垃圾填埋场 1990年 0 39.0~53.0
    文献[31] d=63.5 mm 1995年 0~28 20.0~39.0
    文献[6] d=100 mm,h=200 mm 2009年 0~33 14.0~39.0
    文献[32] d=61.8 mm,h=20 mm 深圳某填埋场 2010年 4.5 30.6
    文献[33] d=63 mm,h=34 mm 2011年 16~40 28
    文献[34] d=63.5 mm,h=40 mm 美国Tri−Cities填埋场 2011年 9 45.5
    文献[35] d=61.8 mm,h=20 mm 2012年 3.7 28.9
    文献[36] d=180 mm,h=150 mm 2015年 6.1~34.2 4.1~30.6
    文献[37] d=434 mm,h=287 mm 加拿大填埋场 1986年 16~19 38.0~42.0
    文献[38] d=1.5 m;l=1.5 m,h=1.5 m 纽约市垃圾填埋场 1995年 10 30
    文献[39] d=250 mm,h=650 mm 1995年 26 15
    文献[40] d=200 mm,h=450 mm 2003年 13 31
    文献[41] d=618 mm,h=400 mm 2015年 9.7~15.6 18.7~35.5
    贺建清等[42] d=500 mm,l=500 mm,h=200 mm 湘潭市双马垃圾填埋场 2018 41.9 26.5
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-11-21
  • 修回日期:  2025-06-15
  • 网络出版日期:  2026-03-30

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