垃圾填埋場變形穩(wěn)定性分析及穩(wěn)定性提升措施研究

劉羅基 段隆臣

（中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），湖北 武漢 430070）

0 前言

垃圾填埋場由于其功能、性質(zhì)和所處環(huán)境較為特殊，在各種復(fù)雜因素的影響下，不可避免地會出現(xiàn)失穩(wěn)的情況，而垃圾填埋場失穩(wěn)主要是垃圾填埋體、襯墊系統(tǒng)、周邊巖土體等之間相互作用而導(dǎo)致的破壞。一般情況下，垃圾填埋場的破壞模式主要包括五種，第一是邊坡及坡底的破壞，第二是襯墊系統(tǒng)的失穩(wěn)，第三是填埋體內(nèi)部發(fā)生破壞，第四是填埋體與地基整體發(fā)生破壞，第五是沿襯墊系統(tǒng)平移滑動破壞。這五種模式是垃圾填埋場最為主要的失穩(wěn)模式，垃圾填埋場的失穩(wěn)破壞將導(dǎo)致其不能正常發(fā)揮作用，最終對城市環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。

1 垃圾填埋場概述

對于一般的城市垃圾填埋場而言，其主要是由防滲襯墊系統(tǒng)、滲濾液收集和導(dǎo)排系統(tǒng)、氣體收集及控制系統(tǒng)和覆蓋系統(tǒng)所構(gòu)成，垃圾填埋場的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中防滲襯墊系統(tǒng)的主要作用是將垃圾以及其分解過程中所產(chǎn)生的濾液和地下水隔離開，避免污染地下水。濾液收集和導(dǎo)排系統(tǒng)的主要作用是將垃圾填埋場中的滲濾液收集并將其排至指定的位置。氣體收集及控制系統(tǒng)的主要作用是收集垃圾分解過程中所產(chǎn)生的沼氣。最后，覆蓋系統(tǒng)的主要作用是對垃圾填埋場的頂部進(jìn)行密封，避免垃圾分解對大氣環(huán)境造成污染。

圖1 垃圾填埋場內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2 垃圾填埋場變形穩(wěn)定性分析

2.1 典型垃圾土變形穩(wěn)定性分析

由于垃圾土的組分較為復(fù)雜，會因其所處的環(huán)境以及時(shí)間的不同而呈現(xiàn)出不同的特征，對于絕大部分垃圾堆體的失穩(wěn)而言，都是因?yàn)槠淇辜魪?qiáng)度不夠而發(fā)生的剪切破壞。在對垃圾土的變形穩(wěn)定性進(jìn)行分析時(shí)，大都是通過對特定區(qū)域的典型垃圾土進(jìn)行試驗(yàn)分析，從而了解其變形穩(wěn)定性。通過對垃圾土試樣進(jìn)行固結(jié)排水剪切試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)在垃圾土試樣固結(jié)過程中，其體積變形較大。而且從其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系發(fā)現(xiàn)垃圾土試樣一直處在壓密硬化的狀態(tài)，呈現(xiàn)出明顯的加工硬化特征，并且試驗(yàn)過程中不會出現(xiàn)峰值。垃圾土排水固結(jié)之后，試件的總體積變化不大，通過式（1）可以對于垃圾土剪切過程中的體應(yīng)變進(jìn)行計(jì)算，并且得到的體應(yīng)變-軸向應(yīng)變關(guān)系，從其體應(yīng)變-軸向應(yīng)變關(guān)系中不難發(fā)現(xiàn)在垃圾土體受

剪切的過程之中，其泊松比的變化是相對較小的。

對于垃圾土而言，其抗剪強(qiáng)度不僅僅是由其組分顆粒之間的摩擦力以及咬合力產(chǎn)生的，同時(shí)其中所存在的凝聚力分量也是產(chǎn)生抗剪強(qiáng)度的一個(gè)重要因素。而通過三軸試驗(yàn)可以得到垃圾土的體應(yīng)變-軸線應(yīng)變關(guān)系，從而可以利用式（2）對其側(cè)向應(yīng)變進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)利用式（3）進(jìn)一步得到泊松比，進(jìn)而獲得垃圾土的變形參數(shù)。同時(shí)，通過對垃圾土進(jìn)行固結(jié)不排水試驗(yàn)，也能夠得到同排水固結(jié)剪切試驗(yàn)相類似的結(jié)果。

2.2 垃圾填埋場邊坡穩(wěn)定性分析

對于垃圾填埋場而言，引起其邊坡失穩(wěn)的因素有很多，但是較為常見的一個(gè)因素就是濾液水位的上升，而一般濾液水位的上升都是由于地表水或地下水滲入所引起的，而在填埋場內(nèi)水位上升的情況下，垃圾填埋堆體邊坡的穩(wěn)定性就較為容易發(fā)生變化。一般情況下，在滲濾液水位較低時(shí)，垃圾堆體邊坡中由于水的作用而產(chǎn)生的荷載也較小，通過前面的分析已經(jīng)得知垃圾堆體具有一定的抗剪強(qiáng)度，所以此時(shí)垃圾堆體邊坡的穩(wěn)定性是較為良好的。但是如果由于濾液系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞而致使?jié)B濾液的水位相對較高，此時(shí)垃圾堆體邊坡所承受的由于濾液而產(chǎn)生的荷載就會較大，從而使得垃圾堆體邊坡的安全系數(shù)降低，從而提高了垃圾堆體邊坡失穩(wěn)的可能性。而在滲濾液已經(jīng)開始向外溢出時(shí)，在垃圾堆體中將會出現(xiàn)大面積的拉應(yīng)力區(qū)和塑性區(qū)，而這些部位也就是垃圾填埋場潛在的失穩(wěn)區(qū)。

2.3 垃圾壩的整體抗滑穩(wěn)定性分析

為保證垃圾填埋場的整體穩(wěn)定性，常常會設(shè)置垃圾壩，對于垃圾壩而言，必須要保證其在外部荷載和自身重力的影響下不會出現(xiàn)滑動和傾覆的問題，才能夠有效地保證整個(gè)垃圾填埋場的安全，因此對垃圾壩的整體抗滑穩(wěn)定性進(jìn)行分析非常必要。垃圾壩的抗滑穩(wěn)定性也主要是受到填埋場內(nèi)滲濾液水位高度的影響，在滲濾液水位較低時(shí)，垃圾壩的抗滑移穩(wěn)定性較高。而隨著水位的不斷上升，其整體抗滑移穩(wěn)定性會逐漸降低，而且潛在的滑動面位置也會越深。

3 垃圾填埋場穩(wěn)定性提升措施

3.1 控制垃圾填埋場滲濾液水位

對于垃圾填埋場而言，無論是垃圾堆體還是垃圾壩，滲濾液水位都是影響其穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素，所以要想提升垃圾填埋場的穩(wěn)定性，首先必須要合理地對于垃圾填埋場之中的滲濾液水位加以控制。而在垃圾填埋場之中，滲濾液主要是依賴于滲濾液收集和導(dǎo)排系統(tǒng)進(jìn)行處理和控制的，所以必須要有效地保證滲濾液收集和導(dǎo)排系統(tǒng)的正常工作。在系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞的情況時(shí)，必須要及時(shí)地對其進(jìn)行處理，從而避免因垃圾填埋場中滲濾液水位過高而引起其失穩(wěn)。

3.2 完善應(yīng)急處理措施

在強(qiáng)降雨等情況導(dǎo)致垃圾填埋場滲濾液收集和導(dǎo)排系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞時(shí)，填埋場中的滲濾液水位會迅速升高，從而導(dǎo)致垃圾填埋場失穩(wěn)。因此在這種情況下，為了有效地避免垃圾填埋場出現(xiàn)失穩(wěn)的情況，首先可以對于垃圾堆體的潛在滑動處進(jìn)行反壓坡處理，其潛在的滑動處可以通過數(shù)值分析的方式進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)在垃圾堆體的表面采取措施進(jìn)行覆蓋，以減少外界水分的滲入。此外，在垃圾填埋場中的滲濾液水位過高時(shí)，也可以在垃圾堆體的潛在不穩(wěn)定區(qū)域設(shè)置應(yīng)急小口徑抽排豎井，以抽出對垃圾堆體中的滲濾液，降低滲濾液的高度，提高垃圾填埋場的穩(wěn)定性。

3.3 合理進(jìn)行垃圾壩設(shè)計(jì)

垃圾壩也是較為容易出現(xiàn)失穩(wěn)的一個(gè)構(gòu)筑物之一，所以在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須要考慮多方面因素的影響，通過在設(shè)計(jì)階段采取合理的措施提高垃圾壩的整體穩(wěn)定性。垃圾壩的設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮垃圾填埋場的實(shí)際情況，可以在設(shè)計(jì)過程中考慮濾液水位達(dá)到最高處時(shí)垃圾壩的穩(wěn)定性情況，從而在設(shè)計(jì)階段采取優(yōu)化壩型、增加其它構(gòu)筑物等穩(wěn)定性提高措施，以使得垃圾壩的邊坡穩(wěn)定性及抗滑穩(wěn)定性能夠得到有效地提升。

4 結(jié)語

在本文的研究中，主要就垃圾填埋場的變形穩(wěn)定性和穩(wěn)定性提升措施進(jìn)行了相關(guān)的研究，通過對典型垃圾土變形穩(wěn)定性、垃圾填埋場邊坡穩(wěn)定性以及垃圾壩的整體抗滑穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究了垃圾填埋場的穩(wěn)定性情況，通過研究發(fā)現(xiàn)垃圾填埋場中滲濾液水位是影響其穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素。而要想有效地提高垃圾填埋場的穩(wěn)定性，可以從控制垃圾填埋場滲濾液水位、完善應(yīng)急處理措施以及合理進(jìn)行垃圾壩設(shè)計(jì)等方面入手采取相應(yīng)的措施，以使得垃圾填埋場的穩(wěn)定性能夠得到有效地提升。