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1、城市生活垃圾的应力压缩特性研究2009年“运河杯”大学生课外科技作品竞赛二零零九 年 十一 月城市生活垃圾的应力压缩特性研究内容摘要城市生活垃圾是人们在日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物。近几年来，城市生活垃圾的处理一直是环境岩土工程的热门课题。我国自90年代中期开始用岩土工程的方法研究生活垃圾的填埋问题。本文首先采用国内传统的土工仪器，研究了城市生活垃圾填埋场中生活垃圾的基本土工参数如天然密度、比重、含水量、孔隙比、有机物含量其分布规律。试验证明孔隙比与深度的关系为一条直线，根据天然密度与深度的相关关系，得到了现场生活垃圾的孔隙比与自重应力的关系曲线，从而得到了现场生活
2、垃圾的压缩系数及压缩模量的变化范围。结果表明，生活垃圾的应力一应变曲线可以近似为双曲线。本试验采用了大型高压固体废弃物压缩仪，研究了垃圾的压缩性及其压缩规律性。试验研究还表明：压缩时间和压缩应变的比值与压缩时间的关系为一条直线，因此，生活垃圾的压缩应变与压缩时间的关系符合双曲线函数。当压缩时间趋于无穷大时，压缩应变趋于极限压缩应变。根据垃圾填埋场有机物含量的现场实测结果，研究了有机物的降解规律，有机物的含量随时间呈e指数衰减;基于垃圾的干密度在有机物的降解过程中保持不变的前提，采用土力学的基本原理，推导出了有机物的降解沉降新模型，该模型仅与有机物的含量有关，提出了垃圾填埋场考虑有机物降解的库容
3、计算式。关键词:城市生活垃圾、垃圾填埋场、压缩稳定标准、应力压缩、有机物降解压缩、双曲线模型、降解沉降模型、降解速率、有机物初始体积含量、垃圾填埋场沉降、填埋容量 固体废弃物压缩特性及填埋场沉降研究目 录一、项目研究背景（一） 城市生活垃圾处理现状 41城市生活垃圾的基本概念 42城市生活垃圾的产量及成分 4（1）城市生活垃圾的产量 4（2）生活垃圾的组成 53 生活垃圾的处理方法 54杭州天子岭废弃物填埋场简介 6（二） 城市生活垃圾填埋场的沉降研究 71城市生活垃圾填埋场的沉降组成 72城市生活垃圾填埋场的沉降研究存在的问题 7（三） 主要的研究思路 8二、生活垃圾的基本土性参数 9（一）
4、概述 9（二） 现场取样及室内试验仪器设备 91现场取样 92试验仪器和设备 9（三）生活垃圾的室内试验方法 101成分含量试验 10（四）生活垃圾成分含量试验结果及分析 10（五）本章小结 111试样破坏标准的确定 11三、生活垃圾应力压缩试验 12（一）概述 12（二） 大型高压固体废弃物压缩仪 121压缩容器 12 2加载装置 123压缩量测装置 13（三）生活垃圾试验的制备 13（四）生活垃圾压缩试验方案设计 151样本一试验结果 152样本二试验结果 163样本三试验结果 16（五）本章小结 16四、城市生活垃圾的试验结果分析 18（一）概述 18（二）压缩试验结果及分析 18（三）
5、 生活垃圾的应力压缩原理及稳定标准 211 生活垃圾的应力压缩原理 212 生活垃圾的应力压缩稳定标准的确定 22（四）生活垃圾的压缩曲线及压缩系数 23（五） 本章小结 24五、城市生活垃圾应力压缩试验工程实例 26（一） 压缩试验工程算例 261 基本假定 262计算最底层（第1层）的压缩量 26（二）本章小结 28六、结论与展望 29（一）主要结论 29（二）对进一步研究工作的展望 29第一章 绪论1.1 城市生活垃圾处理现状1.1.1城市生活垃圾的基本概念城市生活垃圾是人们在日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物。100多年以前，世界人口数量较少，城市化水平较低及人们
6、的生活水平尚未达到较高的标准，因此，城市生活垃圾的数量是很少的，且多为无机物及容易腐烂的菜叶、果皮核等。当时，城市生活垃圾对我们生活的周围环境几乎没有不良的影响，所以，对于它的处理也没有提到正式日程上来。20世纪中叶，随着工业化进程的加快，经济的高速发展，城市人口密度的增大及城市人均生活水平的提高，人口越来越多的向城市涌入，引起了城市垃圾的急剧增加。由于人们的环保意识比较淡薄及没有意识到生活垃圾的危害性，城市居民无序倾倒垃圾并任其堆置而不采取防污染的措施，导致城市生活垃圾的环境问题越来越突出，大量的垃圾污染了环境，对城市居民的健康和生存构成了严重的威胁，已成为社会的一大公害。如塞拉里昂首都弗里
7、敦露天堆放的垃圾，使病菌横行，连续二次发生霍乱，大量的人口死亡。再如，1978年美国的Love Canal河事件（举振明，1988）1，致使里根政府下令关闭学校、工厂并迁出当地居民，以免遭受城市生活垃圾污染而造成的环境危害。由于城市生活垃圾对环境危害极大，并严重阻碍当地的经济发展，因此，如何高效、安全地处理城市生活垃圾已成为各国政府城市发展中急需解决的主要问题之一。1.1.2城市生活垃圾的产量及成分1、城市生活垃圾的产量城市生活垃圾是人民日常生活的产物，它的产量与城市的经济发展水平、消费水平、城市人口、地理环境及收集与处理方式等有关。其中，城市人口及经济水平是影响城市生活垃圾产量的主要因素。自
8、1978年改革开放的20多年来，我国的经济得到了快速的发展，国民生产总值(GDP)从1985年的8960亿元RMB增加到2006年的2.6万亿美元。同时，经济的持续发展，使城市的数量及规模也得到了扩大，从1986年的353个增加到2006年的668个，城市的人口也从1980年的94.5百万人增加到2006年的257.3百万人。城市的数量、规模的增加及经济的发展，使城市生活垃圾的产量得到了迅速增加，从1980年的31.3百万t增加到2006年的150百万t. 1985年到1995年，城市垃圾平均每年的增长速度为8-10%, 1995年后的增长速度为3-5%，平均每人的产量为1.0kg/day，几
9、乎达到发达国家的水平。2、生活垃圾的组成生活垃圾的成分复杂且多变，但是不外乎以下内容：可降解有机物如食物（蔬菜、肉骨等）、废纸、塑料、纤维织物、草木树叶等；无机物如砖瓦土石、玻璃、金属、陶瓷等。其成分及成分间的关系与当地国民生产总值及居民的消费水平有关，表现出很强的地域性及时间性。一般地，经济不发达地区的生活垃圾以无机物居多，而经济发达地区以有机物居多，其中塑料、废纸的高含量尤为突出，表现出塑料、废纸的含量与当地的经济水平具有较好的相关性。生活垃圾的成分还与当地的能源结构有关，由过去的煤炭作为主要燃料转化为天然气作为主要燃料。煤燃烧后会产生大量的废渣，而气体燃烧几乎不产生废渣。1.1.3 生活
10、垃圾的处理方法 生活垃圾的处理一般有三种方法（果迎先等，1996）2：堆肥法、焚烧法及卫生填埋法。1、堆肥法 生活垃圾堆肥是综合处理的一种方法，堆肥的最关键设备为发酵仓，发酵仓的好坏直接关系到发酵的时间、质量与环境污染等，发酵堆肥是在控制生活垃圾的湿度、含水量、通风量、碳氧化等工艺条件下，利用微生物对生活垃圾中的有机物进行生物降解，使之成为具有良好的稳定性的腐殖土状的有机肥料。现代堆肥工艺大多采用好氧工艺，发酵温度为60-70，可以消灭大部分病菌微生物，对有机物的分解比较彻底，堆肥时间短。试验证明，堆肥温度保持三天以上，就能杀死生活垃圾中的寄生卵、病原微生物和杂草种子，达到堆肥无害化的目的，为保持已形成的腐殖质和微量的氮、磷钾肥等，应使腐烂的肥料保持平稳，有机成分处于好氧和厌氧的条件下，有机的堆肥场当作低级的肥料或土壤团粒调节使用，可减少化肥的使用量，对绝大多数的土壤具有明显的改良作用。2、焚烧法对发热值大于3349KJ/kg的生活垃圾，置于特制的垃圾焚烧炉内，在750-1000的温度下焚烧，利用焚烧产生的热量产生蒸汽，用于发电或发热。对焚烧技术研究开发最早的是德国，随后许多发达国家如美国、英国、法国、日本等
