本發(fā)明涉及巖土工程土工離心實驗技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于氣-液誘發(fā)填埋體失穩(wěn)的離心模型試驗方法。
背景技術(shù)：
城市固體廢棄物不易焚燒，焚燒處理成本高，其它如堆肥法、熱處理法等在技術(shù)和成本上都還不成熟。對垃圾進行填埋處理是常用的垃圾處理手段，在我國約有80％的城市生活垃圾都是填埋處理。
以往對填埋場設計、施工、填埋、封閉等方面的考量主要集中于對地下水和大氣環(huán)境的污染和影響。隨著城市化的不斷進展，垃圾受納空間的超負荷使用也越來越成為常態(tài)，就在2015年12月20日，廣東深圳市光明新區(qū)鳳凰社區(qū)恒泰裕工業(yè)園發(fā)生山體滑坡，共造成33棟建筑物被掩埋或不同程度損壞，覆蓋面積約38萬平方米，據(jù)廣東省地質(zhì)災害應急專家組現(xiàn)場調(diào)查，深圳光明新區(qū)垮塌體為人工堆土，原有山體沒有滑動。人工堆土垮塌的地點屬于淤泥渣土受納場，主要堆放渣土和建筑垃圾，由于堆積量大、堆積坡度過陡，導致失穩(wěn)垮塌，造成多棟樓房倒塌。除了這起重大事件，近年來，全球各地相繼發(fā)生過多起填埋場由于內(nèi)部穩(wěn)定性破壞，造成人員傷亡和大量的財產(chǎn)損失的事件。這樣一來，也使得對填埋場進行穩(wěn)定性的研究迫在眉睫。
在我國城市生活垃圾主要采用衛(wèi)生填埋法進行處理，由于垃圾土體成分復雜加上長時間堆載，雨水滲入和有機物生化降解反應產(chǎn)生大量氣體和滲濾液，導致大型垃圾填埋場內(nèi)垃圾土體(即填埋體)失穩(wěn)機理十分復雜。近些年國內(nèi)外學者對垃圾土體的力學特性研究有了長足的發(fā)展，對于穩(wěn)定性研究多采用數(shù)值模擬的方法或基于經(jīng)典土力學理論中的解析方法，缺乏試驗的驗證。土工離心機技術(shù)是一種運用離心機產(chǎn)生離心加速度的設備，這樣就可以利用縮小尺寸的土工模型直觀地再現(xiàn)填埋體的工作狀態(tài)，進而獲得相關(guān)的數(shù)據(jù)。
要研究基于氣-液耦合作用下填埋體的失穩(wěn)狀態(tài)，必須要能夠控制水分和氣壓，中國專利CN103713110B提供了一種基于液氣耦合作用的填埋場土坡失穩(wěn)離心模型試驗裝置，其可通過給裝有土工模型的密封箱噴水和控制密封箱內(nèi)部氣壓來模擬填埋體的液氣耦合作用情況，但其并不能模擬真實的填埋體內(nèi)部產(chǎn)生氣穴的情況，而且，正如中國專利CN104391103B(用于離心模型的降雨模擬方法及其裝置)中所記載，類似中國專利CN103713110B所采用的利用霧化噴嘴噴水的方法，由于水體速度較大，在高G值環(huán)境(例如大于50G的離心試驗環(huán)境)中，如果直接沖擊到土工模型上，會對土工模型造成損傷，這就限制了中國專利CN103713110B所提供的方案只能應用在小G值(例如10G以下)的試驗環(huán)境，也就意味著難以模擬大型的垃圾填埋場來進行研究。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于氣-液誘發(fā)填埋體失穩(wěn)的離心模型試驗方法，以減少或避免前面所提到的問題。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種用于氣-液誘發(fā)填埋體失穩(wěn)的離心模型試驗方法，其包括如下步驟：
步驟A，提供一個用于放置在土工離心機的吊籃內(nèi)的模型箱，所述模型箱內(nèi)通過一個帶有孔洞的隔板分為進水區(qū)和模型區(qū)，在所述模型區(qū)緊靠所述隔板設置用于模擬垃圾填埋體的土工模型，所述土工模型由混合有碳酸鈣的砂土制成；
步驟B，當所述土工離心機運行至設定G值時，通過所述土工離心機向所述進水區(qū)注入檸檬酸溶液；
步驟C，在所述進水區(qū)的所述檸檬酸溶液通過所述隔板滲入所述土工模型的過程中，監(jiān)測所述土工模型的失穩(wěn)情況，從而模擬填埋場垃圾體產(chǎn)氣效應對穩(wěn)定性的影響。
優(yōu)選地，所述土工模型的混合比例為每1kg砂土混合有20g碳酸鈣。
優(yōu)選地，所述檸檬酸溶液的配制濃度為30g檸檬酸/400ml水。
優(yōu)選地，在步驟A中，所述土工模型埋置有多個孔壓傳感器。
優(yōu)選地，在步驟A中，在所述進水區(qū)11的底部設置一個孔壓傳感器。
優(yōu)選地，在步驟B中，向所述進水區(qū)注入檸檬酸溶液前，使所述土工離心機在設定G值下穩(wěn)定至少運行5分鐘。
本發(fā)明所提出的用于氣-液誘發(fā)填埋體失穩(wěn)的離心模型試驗方法，利用化學反應的原理從土工模型內(nèi)部產(chǎn)生氣體，隨著加入溶液的增大，溶液從水箱靠近土工模型一側(cè)滲入，水位不斷上升，土工模型的產(chǎn)氣量也不斷增大，從而可很好的模擬填埋場垃圾體產(chǎn)氣效應對穩(wěn)定性的影響。
附圖說明
以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，
圖1顯示的是本發(fā)明的用于氣-液誘發(fā)填埋體失穩(wěn)的離心模型試驗方法的模型箱的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)參照附圖說明本發(fā)明的具體實施方式。
圖1顯示的是本發(fā)明的用于氣-液誘發(fā)填埋體失穩(wěn)的離心模型試驗方法的模型箱的結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖1所示，本發(fā)明提出了一種用于氣-液誘發(fā)填埋體失穩(wěn)的離心模型試驗方法，其包括如下步驟：
步驟A，提供一個用于放置在土工離心機的吊籃內(nèi)的模型箱1，所述模型箱1內(nèi)通過一個帶有孔洞的隔板2分為進水區(qū)11和模型區(qū)12，在所述模型區(qū)12緊靠所述隔板2設置用于模擬垃圾填埋體的土工模型3，所述土工模型3由混合有碳酸鈣的砂土制成；
所述土工模型3由均勻的摻有碳酸鈣的砂土分層夯實制成，在制備過程中，可埋置有多個孔壓傳感器，這樣，在試驗過程中，可測量相應位置的孔隙液體壓力值。所述土工模型3緊靠所述隔板2設置，這樣，所述進水區(qū)11的液體可通過帶有孔洞的所述隔板2滲入所述土工模型3，從而避免了背景技術(shù)所提及的噴淋方式供水容易對所述土工模型3造成損傷的問題。
所述模型箱1的一個側(cè)壁可設置為透明的鋼化玻璃板13，這樣可便于觀測所述土工模型3的制作過程，避免所述土工模型3在制作過程出現(xiàn)缺陷，且在試驗過程中也可很好的利用攝像頭等工具觀測所述土工模型3截面的變化情況。
所述隔板2上的孔洞可以是均布的直徑為1-3mm的孔，這樣一方面可保障所述進水區(qū)11的液體的滲入，另一方面可避免所述土工模型3的砂土向所述進水區(qū)11遺漏。
在所述進水區(qū)11的底部也可以設置一個孔壓傳感器，這樣，在試驗過程中，可更好的檢測水位。
所述土工模型3的混合比例可以為每1kg砂土混合有20g碳酸鈣。
步驟B，當所述土工離心機運行至設定G值時，通過所述土工離心機向所述進水區(qū)11注入檸檬酸溶液；
當所述土工離心機運行至設定G值(例如50G)時，可以使所述土工離心機在該G值(例如50G)下穩(wěn)定至少運行5分鐘，這樣可使得所述土工模型3結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。之后，再向所述進水區(qū)11注入檸檬酸溶液。所述檸檬酸溶液的配制濃度可為30g檸檬酸/400ml水。
步驟C，在所述進水區(qū)11的所述檸檬酸溶液通過所述隔板2滲入所述土工模型3的過程中，監(jiān)測所述土工模型3的失穩(wěn)情況，從而模擬填埋場垃圾體產(chǎn)氣效應對穩(wěn)定性的影響。
由于本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述檸檬酸溶液通過所述隔板2滲入所述土工模型3，因此也就可以保障在高G值(大于等于50G)運行條件下進行供液時，液體對所述土工模型3的影響最小，也就時避免了背景技術(shù)所提及的噴淋方式供水容易對所述土工模型3造成損傷的問題，從而可在高G值(大于等于50G)運行條件下利用小模型模擬大型的垃圾填埋場來進行研究。
此外，本發(fā)明利用檸檬酸溶液與碳酸鈣的化學反應在所述土工模型3中產(chǎn)生氣體，從而可很好的模擬填埋場垃圾體內(nèi)部產(chǎn)氣效應對穩(wěn)定性的影響。
本發(fā)明所提出的用于氣-液誘發(fā)填埋體失穩(wěn)的離心模型試驗方法，利用化學反應的原理從土工模型內(nèi)部產(chǎn)生氣體，隨著加入溶液的增大，溶液從水箱靠近土工模型一側(cè)滲入，水位不斷上升，土工模型的產(chǎn)氣量也不斷增大，從而可很好的模擬填埋場垃圾體產(chǎn)氣效應對穩(wěn)定性的影響。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解，雖然本發(fā)明是按照多個實施例的方式進行描述的，但是并非每個實施例僅包含一個獨立的技術(shù)方案。說明書中如此敘述僅僅是為了清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應當將說明書作為一個整體加以理解，并將各實施例中所涉及的技術(shù)方案看作是可以相互組合成不同實施例的方式來理解本發(fā)明的保護范圍。
以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化、修改與結(jié)合，均應屬于本發(fā)明保護的范圍。