大气-植被作用下垃圾填埋场封场覆盖系统水分迁移数值仿真研究开题报告

 2021-11-07 23:02:00

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着国民经济发展,生活垃圾的处置也愈加成为环境保护方面的重要一环。如今我国的垃圾处理仍以填埋为主要措施。垃圾填埋场封场覆盖层由天然非胀缩土料组成,其主要功能是减少降雨入渗,以减小渗滤液的产量。当覆盖层性能弱化或失效,则渗滤液产量会显著增加,造成填埋场内底部渗滤液水位升高,诱发填埋场失稳和加剧污染物的扩散。覆盖层直接暴露在外部气候环境中,它必须能够经受长期干湿、冷暖、冻融循环的考验。由于气候条件复杂多变以及当前愈演愈烈的全球气候变化,使得这一层“人工皮肤”的设计愈加关键。

通常情况下,封场的垃圾填埋场顶部是由一层压实粘土。由于压实粘土的超低透气性,压实粘土衬垫被广泛用作垃圾填埋场覆盖层的防护层(cjj112-2007)。然而,压实粘土盖层处填埋场表层,在大气干湿循环作用下易于开裂,强度不断降,渗透性能持续增加,导致压实粘土盖层呈现出防渗失效和失稳破坏等灾变题。植被根系作为一种特殊的筋材,对干湿循环过程中粘土开裂抑制和强度的提高效果明显,已被广泛应用于边坡保护与粘土开裂破坏防治中。填埋场规范要求种植植被对盖层保护,但由于植被根系穿插会破坏压实粘土盖层结构,同时,根系吸水作用加速了干湿循环进程,导致填埋场植被的类型及根土复合层的厚度受到相应限制。所以研究整个大气-植被作用下的粘土中水分迁移的过程很有必要。

20 世纪末期出现了一种基于水分储存–释放原理的替代型土质覆盖层。它主要由粉性、砂性或粗粒土组成,其工作原理与吸水海绵类似,在雨季时吸收并储存水分,在干季时通过地表蒸发和植被蒸腾作用释放水分,通过合理设计,该土质覆盖层能够在季节性干湿循环过程中实现自身水量平衡,减少雨水透过覆盖层进入填埋体的渗漏量。对于降雨作用对覆盖层粘土的渗透性研究已有许多研究,而对于雨水和大气作用下的水分在土壤中迁移过程还不是很多。

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2. 研究的基本内容与方案

本研究基于之前相关研究基础上,对大气-植被作用下垃圾填埋场封场覆盖系统水分迁移进行研究,对覆盖层粘土内水分迁移过程规律进行模拟。通过学习comsol有限元分析软件的非饱和土案例相关模型,建立大气-植被作用下垃圾填埋场封场覆盖系统水分迁移模型,对在降雨条件下不同时间段后粘土层中水分的迁移进行数值模拟,对填埋场上层覆盖层的优化提供理论基础。

主要研究内容有:

①大气-植被作用下封场覆盖系统水分迁移数学模型构建

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3. 研究计划与安排

第1-2周。整理及查阅垃圾填埋场封场覆盖层干湿循环后的水分迁移的相关中英文资料,在导师的指导下,对所要研究的内容和方法形成清晰的思路。

第3-5周。完成毕业论文的开题报告,总结现有的研究方法和成果,完成文献综述撰写工作,开始着手准备软件学习。

第6-9周。对垃圾填埋场封场覆盖层干湿循环后的水分迁移通过comsol软件进行数值模拟,建立模型,初步得出覆盖成水分迁移的规律。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] benson c h. final coves for wastecontainment systems: a north american perspective[c]// xvii conference ofgeotechnics of torino “control and management of subsoil pollutants”. torino,1999.

[2] dwyer s f. finding a better cover[j]. civil engineering, asce,reston, 2001, 71(1): 58–63.

[3] albright w h, benson c h, gee g w, etal. field performance of a compacted clay landfill final cover at a humidsite[j]. j geotech geoenviron eng, 2006, 132(11): 1393–1403.

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