近年来,虽然焚烧处理在城市固体废弃物(MSW)无害化处置中的应用发展较快,然而填埋仍然是我国目前主要的MSW处置方式之一。由于用地紧张,我国填埋场普遍呈规模大、堆填高、边坡陡等特点。一旦填埋场发生失稳滑移,将对所在地区的社会经济、人民生命与财产以及生态环境造成重大危害。受城市固体废弃物厨余垃圾含量高的影响,我国填埋场渗沥液水位壅高现象明显。较高的渗沥液水位加剧了填埋场的失稳破坏的风险。另一方面,我国特殊的地理位置使得大多数填埋场位于地震多发地区,而地震加剧了高水位填埋场失稳破坏的不确定性。因此,关于高水位填埋场在地震下的响应及稳定性的研究显得非常必要。非线性分析已经被证明是一种合理、有效的地震响应分析方法,而离心模型试验也逐渐成为研究填埋场的地震响应及稳定性的一种重要手段。二者的结合可以更好地揭示填埋场的地震响应规律和失稳破坏机理。本文对填埋场常重力原型、超重力液相异质模型和超重力同质模型进行了数值建模,通过有限差分(FDM)非线性分析研究了填埋场的地震响应。就填埋场超重力同质模型的地震响应,将离心模型试验与FDM分析进行了对比和相互验证,揭示了堆体水位和地震影响下的填埋场堆体地震孔压响应规律、变形发展规律及潜在失稳破坏形式。通过安全系数时程分析了填埋场的地震稳定性及强度参数对填埋场地震稳定性的影响。本文主要研究工作及成果如下:1.基于合理的假定给出了填埋场常重力原型、超重力液相异质模型与超重力同质模型数值分析的控制方程,阐述了超重力液相异质模型与常重力原型以及超重力同质模型与常重力原型之间的相似关系,建立了相应的数值计算模型。根据数值分析假定和控制方程,对计算参数的取值进行了分析讨论。超重力同质模型与常重力原型渗流的差异性导致其不能完全满足超重力液相异质模型与常重力原型间各特征量的相似关系。填埋场地震响应分析采用反映固废非线性特性的滞后阻尼以及采用与平均主应力大小相关的最大动剪切模量比较合理和可行。但是,采用理想弹塑性模型与Mohr-Coulomb破坏准则反映固体废弃物的力学特性,忽略了固废的剪胀性,导致数值分析较之实际情况存在一定差异。2.采用FDM非线性分析研究了高水位填埋场常重力原型在不同地震动强度下的堆体孔压、加速度及位移响应和超重力液相异质模型在小震下的响应情况。比较了常重力原型与超重力液相异质模型的地震响应,证明了计算程序的有效性及相似关系的可信度。高水位填埋场常重力原型与超重力液相异质模型的地震响应结果满足理论分析给出的相似关系,二者的地震响应规律一致。就高水位填埋场常重力原型而言,其在地震剪切及张拉作用下堆体出现累积增长的负超静孔压,且在震后消散缓慢。随高程的增加,堆体水平峰值加速度增大;随地震动的加强,同一位置水平峰值加速度的增幅减小。3.对不同堆体水位的填埋场超重力同质模型在不同地震动强度下的堆体孔压、加速度与位移的响应情况以及堆体体应变、塑性区、剪应变的发展变化进行了 FDM非线性分析研究,阐述了堆体水位高度和地震动强度对填埋场地震响应及稳定性的影响,揭示了填埋场潜在的失稳破坏形式。对高水位填埋场超重力同质模型与常重力原型的地震响应进行了比较,分析了流体渗流差异对二者地震响应的影响。结果表明,尽管渗流差异致使二者地震响应不完全满足相似关系,但彼此呈现的孔压、加速度与位移响应较为接近。受地震过程中剪切与张拉作用,超重力同质模型堆体在地震作用过程中亦产生负超静孔压,但在震后能够快速消散。常重力原型较超重力同质模型超静孔压消散速率明显偏小,通常情况下其在任一时刻的孔压变化值更小,超静孔压幅值更大。此外,地震过程中堆体的剪应变、塑性区和位移的发展变化表明,较大地震动下填埋场超重力同质模型固废堆体呈潜在的非圆弧形滑面,其起始点分别位于右侧堆体边坡坡肩下方坡面和左侧堆体边坡坡脚区域,并呈坡脚牵引式破坏。4.比较了填埋场地震响应超重力同质模型FDM非线性分析结果与离心试验观测结果,发现二者的地震孔压、加速度响应规律及震后变形较为相似,共同揭示了填埋场在地震下的孔压、加速度响应和变形发展规律以及潜在的堆体地震失稳破坏模式及机理。分析了离心试验和FDM非线性分析的地震响应差异的影响因素:计算假定、参数取值、本构模型缺陷、试验因素等均在不同程度上导致了试验与数值分析之间的偏差。根据此前的研究成果,对同质离心模型试验预测原型填埋场地震响应的可行性进行了讨论。结果表明,由同质离心模型试验观测结果和相似关系,可近似预测原型填埋场的地震响应,但所得堆体顶部的沉降量及超静孔压的幅值偏小。5.基于填埋场超重力同质模型FDM非线性分析存储的不同时刻的动力反应信息,通过安全系数时程分析了不同堆体水位的填埋场在不同地震动强度下的稳定性。研究了固体废弃物强度参数对填埋场地震稳定性的影响。强度参数根据破坏应变推荐值取值时,低水位填埋场在地震作用下均表现出较好的稳定性;高水位填埋场在地震不大时稳定性良好,但在较大地震动下出现了失稳现象。增大破坏应变后强度参数提高,高水位填埋场在相同地震动下安全系数有所提高,但在最大一级地震动下仍出现了失稳现象。因此,动力分析中固废强度参数的确定仍有待进一步研究。