毛細阻滯覆蓋層的一維熱傳導研究

2.7萬字 67頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統(tǒng)


摘 要
垃圾填埋場的頂部覆蓋系統(tǒng)對減少雨水下滲和防止垃圾體產生的填埋氣無組織排放起著重要作用。垃圾體在降解過程中產生大量的熱，引起填埋場覆蓋層上下界面溫度差，使覆蓋層內水分發(fā)生運移，且可能導致覆蓋層干縮開裂影響其抗?jié)B性。毛細阻滯覆蓋層是填埋場覆蓋的一種常見形式，由一層細粒土下鋪墊一層粗粒土而成，利用粗細粒土層界面處的毛細阻滯作用來提高上部細粒土層的儲水能力。研究垃圾填埋場毛細阻滯覆蓋層一維熱傳導規(guī)律，有助于深入了解垃圾填埋場毛細阻滯層的服役性能。
本文通過單元試驗、一維土柱熱傳導試驗和數值模擬，測試各土質在不同含水率、不同干密度條件下的導熱系數，研究了毛細阻滯覆蓋層的一維熱傳導規(guī)律，通過數值模擬對土柱試驗模型進行反分析，并對土柱試驗結果進行參數分析拓展研究。主要研究工作及結論如下：
（1）通過單元試驗測定不同土質（高嶺土、石英粉、石英砂）的導熱系數，發(fā)現(xiàn)含水率增加和干密度增大能夠顯著增大土體的導熱系數，土樣飽和時導熱系數趨于穩(wěn)定；在同等條件下，導熱系數K石英砂＞K石英粉＞K高嶺土。
（2）通過一維土柱模型和自制分層溫度監(jiān)控系統(tǒng)進行模擬試驗，研究毛細阻滯覆蓋層溫度場的一維分布情況?？刂聘采w層底部邊界溫度模擬垃圾產熱，在不同深度安裝張力計、土體含水率傳感器和溫度傳感器進行測量。試驗結果表明，覆蓋層溫度隨深度增加而增加，由于上層粉土層導熱系數遠大于礫砂層，使得溫度在礫砂層迅速降低，形成明顯的溫度梯度，而在粉土層溫度變化甚微。
（3）通過Geo-studio軟件的TEMP/M模塊進行數值模擬反分析，數值模擬結果和土柱試驗結果吻合。數值模擬參數分析發(fā)現(xiàn)，外界環(huán)境溫度變化對表層粉土溫度影響顯著，而對礫砂層溫度影響很小。不同土層干密度對毛細阻滯覆蓋層的溫度分布幾乎沒有影響。礫砂層的干濕狀態(tài)對溫度分布有很大的影響：干燥狀態(tài)下，礫砂層導熱系數遠小于粉土層，溫度在礫砂層迅速降低，形成明顯溫度梯度；當礫砂層濕潤后，其導熱系數迅速增大，溫度在兩個土層中呈線性趨勢降低。


關鍵詞：毛細阻滯覆蓋層；一維熱傳導；導熱系數；含水率；干密度