Stability of Municipal Solid Waste Landfills

Krase, Volker

The present thesis deals with modelling and simulation of the deformation behaviour of municipal solid waste. Municipal solid waste is a porous medium, in which landfill gas and leachate can move freely in the pore space. The Theory of Porous Media is the continuum mechanical framework for the model development. The applied kinematics are nonlinear because large displacements and deformations have to be described. The solid material consists of a basic matrix with properties similar to granular materials, in which fibrous constituents are embedded. Constitutive relations for the two solid phases include spontaneous as well as time-dependent inelastic behaviour. Effects from the anisotropic orientation of the fibres are considered, too. A generalised DARCY model for multiphase transport describes the motion of the pore fluids. Numerical simulations of laboratory experiments validate and verify the model. Structural analyses using the finite element method identify risks concerning the stability of landfill structures. The transport equations are simultaneously solved by the box method, a special case of the finite volume method.

Die vorliegende Arbeit behandelt die Modellierung und Simulation des Deformationsverhaltens von Siedlungsabfall. Siedlungsabfall ist ein poröses Medium, wobei Deponiegas und Sickerwasser im Porenraum frei beweglich sind. Die Theorie der Porösen Medien bildet den kontinuumsmechanischen Rahmen für die Modellentwicklung. Die verwendeten kinematischen Beziehungen sind nichtlinear, da große Verschiebungen und Verformungen zu beschrieben sind. Der Feststoff Abfall besteht aus einer Grundmatrix mit Eigenschaften granularer Materialien, in der faserartige Bestandteile eingebettet sind. Stoffgesetze für die beiden Feststoffphasen umfassen sowohl spontan als auch zeitabhängig inelastisches Verhalten. Effekte aus der anisotropen Ausrichtung der Fasern sind berücksichtigt. Ein verallgemeinertes DARCY-Modell für Mehrphasentransport beschreibt die Bewegung der Porenfluide. Numerische Simulation von Laborversuchen validiert und verifiziert das entwickelte Modell. Strukturuntersuchungen unter Anwendung der Finiten-Elemente-Methode zeigen Risiken für die Standsicherheit von Deponiestrukturen auf. Die Transportgleichungen sind mit dem Box-Verfahren, einem Sonderfall der Finiten-Volumen-Methode, simultan gelöst.

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Krase, Volker: Stability of Municipal Solid Waste Landfills. 2007.

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