垃圾填埋场沿底部衬垫界面失稳破坏机理研究

垃圾填埋场沿底部衬垫界面的破坏是一种新型的边坡失稳破坏模式，采用已有的边坡稳定分析理论无法解释其失稳机理，更无法进行合理设计。本项目采用已自主研制成功的大型直剪仪，克服传统直剪仪剪切面积不断变化的缺点，进行界面剪切试验，提出填埋场底部衬垫土工织物界面的软化规律。将损伤力学的基本理论引入界面本构关系，建立考虑软化特性的土工织物界面弹塑性损伤本构模型。模拟垃圾土的沉降变形引起界面剪应力的重分布和剪切位移的渐进增长，揭示底部衬垫存在单层或多层剪切破坏面时的失稳破坏机理，提出可直接指导工程应用的设计准则。本项目的研究不仅是合理评价填埋场稳定性和环境效应的重要基础，而且是合理设计填埋场的重要依据。同时，本项目将促进人们对土工织物界面软化机理的深入认识，推动界面渐进累积破坏理论的发展和完善。 2100433B

土工膜(GM)、土工复合膨润土垫(GCL)和土壤衬垫(AL)组成的三层衬垫系统结构已广泛应用于垃圾填埋场的防渗。为了预测和评价该复合衬垫(GM/GCL/AL)的防污性能，建立了有机污染物在GM/GCL/AL中的一维扩散模型。

模型不仅考虑了有机污染物在土工膜及其周围介质之间的分配作用并考虑了GCL和AL界面污染物浓度和通量的连续，而且还考虑了有机物自身的降解 。

在此基础上利用拉氏变换得到了无量纲形式的解析解。结果表明衬垫系统的防污性能对AL相关性质的改变较GM和GCL相关性质的改变更为敏感。AL厚度增大5倍可使100年时的底部污染物浓度减少2.7个数量级并可使100年时的底部污染物通量减少2.2个数量级。当污染物在AL层的半衰期从100年减少到10年时,100年时衬垫底部的浓度和通量可分别减少3.75和1.5倍。

通过对PTFE纤维/芳纶纤维混合编织衬垫分别进行稀土处理和丙酮处理，研究了在倾斜摆动条件下衬垫改性对自润滑关节轴承摩擦学性能的影响，并用扫描电子显微镜(SEM)以及三维形貌仪分析了衬垫磨损表面微观形貌 。

研究结果表明：与未经改性处理衬垫的轴承相比，经稀土处理和丙酮处理后自润滑关节轴承减磨耐磨性能均得到提高，其中在高摆频工况下，衬垫经稀土处理后自润滑关节轴承减摩耐磨性能得到更大程度的提高；稀土处理轴承衬垫仅出现轻微黏着磨损，这是由于稀土处理过程增强了衬垫层的自润滑功能。

填埋场封顶系统滑移破坏是填埋场最主要的失稳破坏模式之一，采用已有的边坡稳定分析理论无法解释其失稳机理，更无法进行合理设计。本项目采用剪切面积保持不变的大型直剪仪，考虑封顶系统所处的应力水平和外在环境，进行低应力和干湿条件下封顶系统土工织物界面剪切试验，提出封顶系统土工织物界面的软化变形机理。将损伤力学的基本理论引入界面本构关系，建立低应力条件下考虑软化特性的土工织物界面弹塑性损伤本构模型。模拟降雨或外部堆载作用下填埋场封顶系统土工织物界面剪应力的重分布和剪切位移的变化规律，揭示填埋场封顶系统滑移破坏机理，提出可直接指导工程应用的设计准则。本项目的研究不仅是合理评价填埋场稳定性和环境效应的重要基础，而且是合理设计填埋场的重要依据。同时，本项目将促进人们对土工织物界面软化机理的深入认识，推动界面损伤本构理论的发展和完善。

基于工业使用、化学接触和物理参数，衬垫有许多不同的设计：

衬垫板状衬垫

当一片材料具有“冲压”的衬垫形状时，它是板状衬垫。 在以前，材料常用压缩石棉，但是现多使用的多是像石墨这样的纤维材料。 这些衬垫可以根据所用材料的惰性来满足不同的化学要求。 非石棉衬垫片是耐用的，具有多种性能，而且很厚。 材料可以是矿物、碳或腈合成橡胶。 使用板状衬垫可以应用在包括酸、腐蚀性化学品、蒸汽或轻度苛性碱。 在安装衬垫时，弹性和良好的恢复空间可以防止衬垫的破损。

衬垫固体材料衬垫

固体材料通常是使用金属材料，它们的生产成本很低。但这些衬垫通常有更高的质量控制水平，通常可以承受更高的温度和压力。关键的缺点是，为了与法兰头部平齐，防止渗漏，必须对固体金属进行大压缩。材料的选择比较困难，因为主要使用金属，会面临过程污染和氧化的风险。另一个不利因素是，使用的金属必须比法兰柔软。

衬垫螺旋缠绕衬垫

螺旋缠绕衬垫包括金属和填充材料的混合物 。一般来说，衬垫有一个金属(通常是碳丰富的或不锈钢的)向外缠绕在一个圆形的螺旋(其他形状是可能的)上，填充材料(通常是一个柔软的石墨)以同样的方式缠绕，但从相反的一面开始。这形成了填充和金属的交替层。这些垫圈的填充材料充当密封元件，金属提供结构支撑。

这些在大多数应用中已经被证明是可靠的，并且比固体衬垫有更低的夹紧力，尽管成本更高。

衬垫双套衬垫

双套衬垫是填充材料和金属材料的另一种组合。在这个应用程序中，一个与“C”类似的管子由金属制成的，另外一个也同样被制成“C”，使管子交汇处最厚。填料被塞入壳体和工件之间。当使用时，由于有较大的金属量，在接触的两个尖端(由于壳体/片的相互作用)，这两个地方承担了密封过程的负担。由于所需要的是一个外壳和一个部件，这些衬垫可以由几乎任何可以制成薄片的材料制成，然后可以塞入一个填充剂。

衬垫压实衬垫

压实衬垫象O形圈与X形圈一样，安装在矩形沟槽里，使O形圈断面具有较大的压缩余量，在衬垫与密封面之间产生大的接触应力，就是靠此应力起密封作用的衬垫，其分类有O形圈、五棱密封圈、X形圈等。

衬垫压盖密封垫

压盖密封垫即通常说的填塞式衬垫，主要用于回转轴的密封。填塞在泵及压缩机等的轴所贯通部位的填料箱内，达 到防止泄漏的作用，在这种填料中断面形状有正方形、圆形、梯形、平形四边形或圆形的，作成圆圈形、螺旋状或绳状缠绕在轴的周围，顺次填塞并用压盖紧固使用。 压盖密封可用各种材料组合成各种形态的，其种类非常多，大致分类时有编织填料、层状成形填料、 金属填料等。编织填料是将作为素材的捻线用编织方法构成，有八字形编织、袋状编织、格子编织等 。