毛细阻滞覆盖层的一维热传导研究.doc

毛细阻滞覆盖层的一维热传导研究

2.7万字 67页 原创作品，已通过查重系统


摘 要
垃圾填埋场的顶部覆盖系统对减少雨水下渗和防止垃圾体产生的填埋气无组织排放起着重要作用。垃圾体在降解过程中产生大量的热，引起填埋场覆盖层上下界面温度差，使覆盖层内水分发生运移，且可能导致覆盖层干缩开裂影响其抗渗性。毛细阻滞覆盖层是填埋场覆盖的一种常见形式，由一层细粒土下铺垫一层粗粒土而成，利用粗细粒土层界面处的毛细阻滞作用来提高上部细粒土层的储水能力。研究垃圾填埋场毛细阻滞覆盖层一维热传导规律，有助于深入了解垃圾填埋场毛细阻滞层的服役性能。
本文通过单元试验、一维土柱热传导试验和数值模拟，测试各土质在不同含水率、不同干密度条件下的导热系数，研究了毛细阻滞覆盖层的一维热传导规律，通过数值模拟对土柱试验模型进行反分析，并对土柱试验结果进行参数分析拓展研究。主要研究工作及结论如下：
（1）通过单元试验测定不同土质（高岭土、石英粉、石英砂）的导热系数，发现含水率增加和干密度增大能够显著增大土体的导热系数，土样饱和时导热系数趋于稳定；在同等条件下，导热系数K石英砂＞K石英粉＞K高岭土。
（2）通过一维土柱模型和自制分层温度监控系统进行模拟试验，研究毛细阻滞覆盖层温度场的一维分布情况。控制覆盖层底部边界温度模拟垃圾产热，在不同深度安装张力计、土体含水率传感器和温度传感器进行测量。试验结果表明，覆盖层温度随深度增加而增加，由于上层粉土层导热系数远大于砾砂层，使得温度在砾砂层迅速降低，形成明显的温度梯度，而在粉土层温度变化甚微。
（3）通过Geo-studio软件的TEMP/M模块进行数值模拟反分析，数值模拟结果和土柱试验结果吻合。数值模拟参数分析发现，外界环境温度变化对表层粉土温度影响显著，而对砾砂层温度影响很小。不同土层干密度对毛细阻滞覆盖层的温度分布几乎没有影响。砾砂层的干湿状态对温度分布有很大的影响：干燥状态下，砾砂层导热系数远小于粉土层，温度在砾砂层迅速降低，形成明显温度梯度；当砾砂层湿润后，其导热系数迅速增大，温度在两个土层中呈线性趋势降低。


关键词：毛细阻滞覆盖层；一维热传导；导热系数；含水率；干密度