李明飛，瀋陽工業大學 建築與土木工程學院，副教授，本人於2003年10月至2007年3月在日本宇都宮大學工學研究科能源環境科學專業學習，獲得博士學位。攻讀博士學位期間從事衛生填埋場襯墊繫統中土工合成材料錨固端拉力等方面的研究，參與科研課題多項，包括垃圾填埋場防水墊層力學設計方法的確立的研究（日本文部科學省科學研究費輔助金項目）、垃圾衛生填埋場防水墊層的力學特性研究（宇都宮大學與鹿島建設株式會社合作研究項目）等。

2007年4月至2009年8月，就職於日本東京的株式會社Forum8，任研究員，主要從事三維地分析軟件的開發維護以及岩土工程項目的委托分析咨詢工作。參與了地基彈塑性分軟件GeoFEAS、地基動態有效應力分析軟件UWLC、三維滑坡分析軟件LEM等軟件的開發維護以及技術支持工作。參與的主要咨詢項目有：鹿兒島縣虎居第二導水涵管地基變形分析；佐賀縣舞鄉堤壩地基液化流動分析；山梨縣白根排水泵站地基穩定分析；株式會社西日本設計隧道開挖分析；株式會社GEOTEC太田導水涵管地基變形分析等項目。通過上述工作，軟件的開發與應用、岩土工程數值解析與模擬等方面積累了大量的實踐經驗。

2009年9月至今在瀋陽工業大學建築與土木工程學院從事教學與科研工作，主要以環境岩土工程為研究方向，主持遼寧省教育廳科研項目3項，瀋陽工業大學博士啟動基金項目1項，參與國家自然科學基金青年基金項目2項，企業橫向課題2項。截至目前，發表論文30餘篇，其中SCI、EI檢索多篇。在教學方面，先後主講《建築測量》、《工程地質》、《水文地質學》、《土木工程技術與計量》、《道橋概論》、《橋涵水文學》、《路基路面工程》、《道路勘測設計》課程，指導相應課程設計、專業認識實習、施工實習、本科畢業設計等實踐教學環節。主講研究生課程《現代橋梁設計》、《環境岩土工程》。

1緒論

1.1研究背景1

1.2垃圾填埋場襯墊繫統材料與構造5

1.3垃圾填埋場襯墊繫統受力特性研究現狀11

1.3.1襯墊繫統土工合成材料層受力計算的極限平衡法11

1.3.2襯墊繫統受力特性的試驗研究15

1.3.3襯墊繫統受力特性的理論和數值研究16

1.4本書研究內容與方法19



2土工合成材料界面應變軟化特性的一種本構新模型

2.1概述21

2.2模型描述23

2.2.1剪應力峰值前階段23

2.2.2應變軟化階段26

2.2.3界面整體剪切剛度27

2.3模型參數確定方法28

2.4模型初步驗證28

2.5小結29



分析中材料本構關繫及參數確定

3.1概述31

3.2材料本構關繫32

3.2.1土體、焚燒灰本構關繫32

3.2.2土工合成材料本構關繫35

3.2.3材料界面本構關繫35

3.程序37

3.4小結39



4垃圾填埋場襯墊繫統剪力傳遞研究

4.1概述40

4.2四層直剪試驗概要41

4.模擬44

4.4模擬結果45

4.參數分析51

4.5.1試樣長度的影響51

4.5.2第三層剛度的影響55

4.5.3土工膜厚度影響58

4.6小結61



5填埋場邊坡坡度與襯墊繫統受力關繫研究

5.1概述62

5.2離心模型試驗的縮尺比例62

5.3離心模型試驗63

5.3.1離心試驗裝置63

5.3.2垃圾填埋場模型65

5.3.3試驗材料特性67

5.3.4試驗程序68

5.4試驗結果69

5.分析及結果74

5.參數分析77

5.6.1底面長度影響77

5.6.2模型縮尺影響78

5.6.3土工膜彈性模量影響81

5.7小結83



6垃圾填埋以及作業車輛引起的襯墊繫統受力研究

6.1概述84

6.2試驗概要84

6.2.1離心模型試驗84

6.2.2填埋場現場試驗87

6.3試驗結果88

6.3.1離心模型試驗結果88

6.3.2填埋場現場試驗結果91

6.分析92

6.4.1離心模型試分析92

6.4.2填埋場現場試分析93

6.5計算結果及分析94

6.5.1離心模型試驗計算結果及分析94

6.5.2填埋場現場試驗計算結果及分析95

6.6雙層防滲膜襯墊繫統受力計算96

6.6.1雙層防滲膜襯墊繫統計算模型97

6.6.2雙層防滲膜襯墊繫分析97

6.6.3雙層防滲膜襯墊繫統計算結果及分析97

6.7小結100



7垃圾填埋場襯墊層錨固結構受力特性研究

7.1概述101

7.2垃圾填埋場襯墊層錨固槽結構101

7.3襯墊層錨固槽受力特性分析及錨固力計算104

7.3.1覆土式錨固槽104

7.3.2混凝土灌注式矩形錨固槽106

7.3.3混凝土灌注式梯形錨固槽108

7.4襯墊層新型錨固結構及受力特性試驗研究110

7.4.1襯墊層新型錨固結構設計110

7.4.2襯墊層新型錨固結構模型及試驗材料111

7.4.3試驗過程及方法112

7.4.4試驗結果及分析116

7.5小結117



附錄

附錄Ⅰ材料界面參數確定方法119

附錄Ⅱ土工合成材料界面應變軟化特性本構新模計算程序代碼121

附錄Ⅲ土工合成材料界面應變軟化特性本構新模型應用於Abaqus軟件用戶子程序代碼127



參考文獻

衛生填埋是目前世界上常用的城市生活垃圾處理技術。我國從20世紀80年代起，在一些經濟發達的城市開始建立首批城市生活垃圾衛生填埋場，經過幾十年的發展，垃圾填埋場在我國多數城市得到了廣泛的應用，全國垃圾填埋場數量已接近700座。在垃圾填埋場中，由於雨水或融雪的流入以及垃圾的生物降解，會產生高度濃縮並含有多種有害物質的滲濾液，因此填埋場在底部和側面必須設置襯墊繫統用以封堵滲濾液，避免滲漏到場外污染地下水及周邊土體。襯墊繫統不僅包括由土工膜、壓實黏土或土工復合膨潤土墊等材料組成的防滲體繫，也包括由碎石、土工織物、土工網或土工復合排水網等材料組成的滲濾液導排繫統。從環境角度出發，襯墊繫統的應用較好地解決了填埋場的防滲問題，然而在各種因素包括垃圾填埋體的自重壓縮沉降、填埋作業機械的碾壓、地基不均勻沉降以及地震荷載等的作用下，襯墊繫統的土工膜及其他土工合成材料層內將會產生拉應力。如果拉應力超出了土工合成材料的抗拉極限強度，將導致襯墊層的撕裂破壞，隔絕滲濾液的功能失效，造成周圍土體及地下水的污染。隨著社會的發展，環境保護、綠色健康生活等理念更加深入人心，填埋場的安全性問題也受到越來越多的關注。因此，需要通過研究探明垃圾填埋場襯墊繫統的受力特性和在各種因素作用下的受力狀況，為填埋場設計提供理論依據，增強工程的安全性和經濟性，確保填埋場襯墊繫統發揮正常作用，降低環境污染風險。

本書首先根據土工合成材料界面剪應力相對位移曲線特點，提出了一種新的應變軟化特性本構模型，並給出了界面剪切剛度計算表達式。接下來考慮材料間界面應變軟化特性，對四層直剪試驗進行模擬，並進行參數分析，初步研究了復合襯墊繫統的剪力傳遞過程和影響因素。然後進行了一繫列不同邊坡坡度的垃圾填埋場離心模型試驗，結分析評價了填埋場邊坡坡度對襯墊繫統受力的影響。通過離心模型試驗、現場試驗模擬，研究了垃圾填埋過程以及填埋作業車輛與襯墊繫統受力的關繫。采法分析了雙層防滲膜襯墊繫統內土工合成材料層的受力狀況，並與單層防滲膜襯墊繫統進行了對比分析。後對垃圾填埋場襯墊層錨固結構受力特性進行了分析，提出了一種襯墊層新型錨固結構，並對其開展了模型試驗研究。本書研究成果可以為垃圾填埋場襯墊繫統的設計、施工提供理論參考。

作者在本書相關內容研究過程中，得到了遼寧省教育廳科學技術研究項目（L2012030）、遼寧省高等學校基本科研項目（LQGD2017028）、日本文部科學省科學研究費輔助金等項目的資助，在此表示感謝。感謝日本宇都宮大學的今泉繁良教授和許四法博士、瀋陽工業大學的寧寶寬教授和李勇工程師等給予的指導和大力支持。研究生任一男、方瑞東等參與了部分內容的研究，感謝他們對本書做出的貢獻。本書的出版得到作者單位(瀋陽工業大學)的大力資助，在此一並表示感謝！作者在研究及本書撰寫過程中，參閱了國內外同行的文獻，在此向你們致敬！

本書可供岩土工程、環境工程、土木工程等領域的科研技術人員參考，也可作為高等學校研究生的教學參考用書。

由於作者水平和時間有限，不足之處在所難免，懇請讀者批評指正。



李明飛

2019年12月於瀋陽

衛生填埋是目前世界上常用的城市生活垃圾處理技術。我國從上世紀八十年代起，在一些經濟發達的城市開始建立首批城市生活垃圾衛生填埋場，經過幾十年的發展，垃圾填埋場在我國多數城市得到了廣泛的應用，全國垃圾填埋場數量已接近700座。在垃圾填埋場中，由於雨水或融雪的流入以及垃圾的生物降解，將產生高度濃縮並含有多種有害物質的滲瀝液，因此填埋場在底部和側面必須設置襯墊繫統用以封堵滲濾液，避免滲漏到場外污染地下水及周邊土體。襯墊繫統不僅包括由土工膜、壓實黏土或土工復合膨潤土墊等材料組成的防滲體繫，也包括由碎石、土工織物、土工網或土工復合排水網等材料組成的滲濾液導排繫統。從環境角度出發，襯墊繫統的應用較好地解決了填埋場的防滲問題，然而在各種因素包括垃圾填埋體的自重壓縮沉降、填埋作業機械的碾壓、地基不均勻沉降以及地震荷載等的作用下，襯墊繫統的土工膜及其他土工合成材料層內將會產生拉應力。如果拉應力超出了土工合成材料的抗拉極限強度，將導致襯墊層的撕裂破壞，隔絕滲瀝液的功能失效，造成周圍土體及地下水的污染。隨著社會的發展，環境保護、綠色健康生活等理念更加深入人心，填埋場的安全性問題也受到越來越多的關注。因此，需要通過研究探明垃圾填埋場襯墊繫統的受力特性和在各種因素作用下的受力狀況，為填埋場設計提供理論依據，增強工程的安全性和經濟性，確保填埋場襯墊繫統發揮正常作用，降低環境污染風險。

本書首先根據土工合成材料界面剪應力相對位移曲線特點，提出了一種新的應變軟化特性本構模型，並給出了界面剪切剛度計算表達式。接下來考慮材料間界面應變軟化特性，對四層直剪試驗進行模擬，並進行參數分析，初步研究了復合襯墊繫統的剪力傳遞過程和影響因素。然後進行了一繫列不同邊坡坡度的垃圾填埋場離心模型試驗，結分析評價了填埋場邊坡坡度對襯墊繫統受力的影響。通過離心模型試驗，現場試驗模擬，研究了垃圾填埋過程以及填埋作業車輛與襯墊繫統受力的關繫。後，采法分析了雙層防滲膜襯墊繫統內土工合成材料層的受力狀況，並與單層防滲膜襯墊繫統進行了對比分析。本書研究成果可以為垃圾填埋場襯墊繫統的設計、施工提供理論參考。

本書研究工作主要是在日本國立宇都宮大學和瀋陽工業大學建築與土木工程學院完成的，感謝宇都宮大學今泉繁良教授、許四法博士、瀋陽工業大學寧寶寬教授、李勇工程師等給予的指導和大力支持。感謝遼寧省教育廳科學技術研究項目（L2012030，LQGD2017028），日本文部科學省科學研究費輔助金項目對本書研究工作的資助。感謝任一男碩士、方瑞東碩士等在寫作過程中提供的資料和幫助。作者在研究及本書撰寫過程中，參閱了大量國內外同行的文獻，在此向你們致敬！

本書可供岩土工程、環境工程、土木工程等領域的科研技術人員參考，也可作為高等學校研究生的教學參考用書。