城市垃圾堆體穩(wěn)定性

1、城市垃圾填埋場(chǎng)堆體穩(wěn)定性探究一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀二、衛(wèi)生填埋特點(diǎn)三、填埋場(chǎng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題的產(chǎn)生原因四、填埋場(chǎng)邊坡和地基結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的基本形式一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 填埋場(chǎng)的穩(wěn)定問(wèn)題在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都沒(méi)有引起足夠的重視。隨著襯墊系統(tǒng)及滲濾液收集和排放系統(tǒng)的引進(jìn)，這些系統(tǒng)的完整性開(kāi)始引起人們的注意，如果邊坡的失穩(wěn)和滑移造成上述系統(tǒng)的破壞，就會(huì)引起MSW中滲濾液的泄漏。1988年位于美國(guó)Kettelmna山的一個(gè)垃圾填埋場(chǎng)發(fā)生了失穩(wěn)，水平位移達(dá)到35英尺，修復(fù)工作大費(fèi)周折(Mitehelzet.al，1990)。在1996年3月9日，美國(guó)的俄亥俄州辛辛那提發(fā)生了歷史上最大的MSW填埋體的滑坡，大約120萬(wàn)立方

2、米的填埋體發(fā)生了失穩(wěn)滑動(dòng)。這一切為填埋場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)，擴(kuò)容和穩(wěn)定提供了深刻的教訓(xùn)。另一方面，如果過(guò)分強(qiáng)調(diào)填埋體的穩(wěn)定就會(huì)導(dǎo)致坡度過(guò)緩而減少填埋場(chǎng)的容量以及服務(wù)年限，從而降低其經(jīng)濟(jì)效益。所以，填埋場(chǎng)的穩(wěn)定是填埋場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析的一個(gè)重要問(wèn)題。 國(guó)外垃圾填埋的歷史較長(zhǎng), 所作的研究也較多。但因國(guó)情的不同, 我國(guó)垃圾的組分與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的情況相差很大, 因此其研究成果對(duì)我國(guó)填埋場(chǎng)建設(shè)而言用處不大。國(guó)內(nèi)較早從事該項(xiàng)研究的是河海大學(xué)的錢(qián)學(xué)德先生, 他主要借鑒美國(guó)填埋場(chǎng)的研究成果探討了我國(guó)填埋場(chǎng)在穩(wěn)定性方面應(yīng)作的主要工作, 浙江大學(xué)的胡敏云、柯翰以及青島建筑工程學(xué)院的張振營(yíng)等主要從與垃圾填埋體的安全穩(wěn)定有關(guān)的工

3、程力學(xué)參數(shù)方面作了探討; 建設(shè)部綜合勘察設(shè)計(jì)研究院顧寶和先生對(duì)固體廢棄物處理中涉及的巖土工程問(wèn)題作了較為綜合的介紹; 浙江大學(xué)的陳云敏等對(duì)某一曾經(jīng)發(fā)生過(guò)滑坡填埋場(chǎng)作了靜力觸探、室內(nèi)常規(guī)、三軸等試驗(yàn)并利用得到的參數(shù)計(jì)算了填埋體邊坡的穩(wěn)定性; 清華大學(xué)劉建國(guó)對(duì)填埋場(chǎng)特別是山谷型填埋場(chǎng)的綜合穩(wěn)定性分析作了全面的分析。但是因填埋場(chǎng)的特殊特征, 所以一直未形成較為成熟的認(rèn)識(shí)。 我國(guó)在04年推出新的生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)規(guī)范。國(guó)內(nèi)一些學(xué)者對(duì)msw進(jìn)行了比較深入的研究，其中以錢(qián)學(xué)德、陳云敏、王立忠、孫繼軍、趙由才等人為代表對(duì)MSW做了比肩多的研究。 美國(guó)環(huán)保局(EPA)建議衛(wèi)生填埋場(chǎng)的技術(shù)要求是(Yong，1

4、989年):)l保證底部和邊緣不滲漏，這主要依靠各種襯墊隔離層;2)合適的場(chǎng)址選擇;3)穩(wěn)定的地基;4)合適的底部滲濾液收集系統(tǒng);5)合適的終場(chǎng)覆蓋層。衛(wèi)生填埋特點(diǎn) 衛(wèi)生填埋是運(yùn)用各種天然屏障和工程屏障, 盡可能將廢物與生態(tài)環(huán)境相隔絕的一項(xiàng)特殊的市政工程活動(dòng)。就結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析而言, 衛(wèi)生填埋工程具有如下不同于一般巖土工程的特點(diǎn):(1) 固體廢物填埋場(chǎng)的構(gòu)筑方式和填埋方式與地形地貌有關(guān), 據(jù)此填埋場(chǎng)可分為山谷型填埋場(chǎng)和平地型填埋場(chǎng)。平地形填埋又可分為地上式、地下式、及半地上半地下式。不同類(lèi)型的填埋場(chǎng)面臨不同性質(zhì)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題: 山谷型填埋場(chǎng)主要面臨邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題, 平地型填埋場(chǎng)主要面臨地基穩(wěn)定

5、性問(wèn)題。(2) 填埋場(chǎng)邊坡包括天然巖土體邊坡、人工開(kāi)挖邊坡、填埋體邊坡、垃圾壩邊坡等。影響各類(lèi)邊坡穩(wěn)定性的因素不盡相同, 工程上對(duì)各類(lèi)邊坡保持穩(wěn)定的時(shí)間要求也不相同: 天然邊坡、填埋體邊坡、垃圾壩邊坡要求長(zhǎng)期保持穩(wěn)定, 人工邊坡要求在施工和填埋作業(yè)期間保持穩(wěn)定。(3) 填埋場(chǎng)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 構(gòu)成材料包括成分多變的固體廢物、天然巖土體、層狀壓實(shí)粘土、有機(jī)聚合物等, 邊坡幾何形狀呈階梯狀, 既存在局部穩(wěn)定性問(wèn)題, 也存在整體穩(wěn)定性問(wèn)題。(4) 作業(yè)程序一般為“先挖后填”,“逐步挖, 逐步填”, 不同于一般巖土工程邊坡的“只挖不填”, 因此填埋過(guò)程有可能改善天然邊坡的穩(wěn)定性。(5) 填埋場(chǎng)設(shè)有防

6、滲蓋層、襯層系統(tǒng)和排滲導(dǎo)氣系統(tǒng), 對(duì)填埋場(chǎng)邊坡、地基、填埋體、垃圾壩等的滲流穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定性質(zhì)有很大影響。填埋場(chǎng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題的產(chǎn)生原因 衛(wèi)生填埋場(chǎng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題源于:( 1) 天然邊坡本身不夠穩(wěn)定( 對(duì)山谷型填埋場(chǎng)) ;( 2) 人工開(kāi)挖邊坡坡度太大, 或是坡腳開(kāi)挖降低了天然邊坡的穩(wěn)定性( 對(duì)山谷型或平面型地下式填埋場(chǎng)) ;( 3) 地基承載力不足, 尤其是地基土為軟粘土或其它可壓縮土?xí)r( 平面型或某些山谷型填埋場(chǎng)) ;( 4) 固體廢物抗剪強(qiáng)度低, 壓縮變形大;( 5) 作為中間蓋層的壓實(shí)粘土抗剪強(qiáng)度低;( 6) 地表水、滲濾液、氣體導(dǎo)排系統(tǒng)有可能發(fā)生故障, 造成填埋體孔隙壓力過(guò)大;( 7

7、) 填埋體與天然土體在接觸部位有可能產(chǎn)生不利于邊坡穩(wěn)定的相互作用;( 8) 裂隙粘土的自然軟化、蠕動(dòng)、漸進(jìn)破壞與其它可能影響邊坡土體或填埋體長(zhǎng)期行為的作用。填埋場(chǎng)邊坡和地基結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的基本形式 邊坡失穩(wěn)邊坡失穩(wěn)通常有三種基本方式: 滑坡(slide) 、崩塌(fall)和擴(kuò)離(spread)。就破壞機(jī)制而言, 滑坡以剪切破壞為主, 崩塌以拉斷破壞為主, 擴(kuò)離則以塑性流動(dòng)破壞為主。山谷型填埋場(chǎng)常見(jiàn)的邊坡破壞方式為滑坡,包括平滑型或順層型(translationa)滑坡,以及轉(zhuǎn)動(dòng)型或圓弧型(rotational) 滑坡,前者發(fā)生于存在軟弱夾層或結(jié)構(gòu)面的邊坡中,主要誘導(dǎo)因素為孔隙壓力,后者發(fā)生于均質(zhì)土

8、體邊坡中,主要誘導(dǎo)因素為坡腳開(kāi)挖或風(fēng)化。見(jiàn)陳云敏，城市固體垃圾填埋場(chǎng)邊坡穩(wěn)定分析。 填埋場(chǎng)地基穩(wěn)定性填埋場(chǎng)地基穩(wěn)定性問(wèn)題存在于平面型填埋場(chǎng)和某些山谷型填埋場(chǎng)中。所謂地基穩(wěn)定性,是指填埋場(chǎng)地基在填埋體壓力和其它外荷作用下抵抗剪切破壞的能力。一般而言,平面型填埋場(chǎng)地基大多都是承受垂直分布荷載的軟土地基,其破壞形式主要有三種:整體剪切破壞、局部剪切破壞和沖剪破壞,具體發(fā)生何種形式的破壞, 取決于地基土體的壓縮性。如果地基土體是不可壓縮的, 且具有一定的抗剪強(qiáng)度,其破壞形式通常為整體剪切破壞;如果地基土體較為松散軟弱, 則其破壞形式通常為沖剪破壞;壓縮性介于上兩者之間的地基土體, 發(fā)生局部剪切破壞的可

9、能性較大。填埋體沉降 填埋體的另一個(gè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題是沉降。填埋體發(fā)生沉降的機(jī)制主要包括:(1)固結(jié):廢物被壓實(shí)時(shí),體積逐漸被壓縮,應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化,部分水量從廢物中排出,外加應(yīng)力相應(yīng)地從孔隙(水與氣) 轉(zhuǎn)移到廢物顆粒骨架上, 使顆粒發(fā)生扭曲、傾側(cè)、變向和破碎,直至變形達(dá)到穩(wěn)定;(2)潛蝕: 填埋體中的一部分小顆粒被滲透水流溶解(化學(xué)潛蝕),或攜帶進(jìn)入較大的空隙中(機(jī)械潛蝕);(3)化學(xué)反應(yīng): 廢物中的一部分有機(jī)物生化降解為填埋氣體和水分。 以上三種填埋體沉降機(jī)制中,固結(jié)的作用最為顯著。根據(jù)變形隨時(shí)間而發(fā)展的機(jī)理的不同,固結(jié)又可分為主固結(jié)和次固結(jié)。主固結(jié)是指填埋體因超靜孔隙壓力逐漸消散而引起的滲

10、水排氣壓縮過(guò)程,其快慢取決于孔隙水和氣向外排出的速率。次固強(qiáng)是在超靜孔隙壓力基本消散后,有效應(yīng)力基本穩(wěn)定的條件下,主要因廢物顆粒表面結(jié)合水膜蠕變及顆粒結(jié)構(gòu)重新排列等引起的極為緩慢的變形,其快慢與水氣排出速率無(wú)關(guān)。 衛(wèi)生填埋因有較為完善的排滲導(dǎo)氣系統(tǒng), 孔隙水和氣排出較快, 故主固結(jié)較快達(dá)到穩(wěn)定(少于一月),次固結(jié)沉降則在填埋場(chǎng)封場(chǎng)期和最終貯存期還依然存在。主固結(jié)沉降量可根據(jù)太沙基1925年提出的單向滲透固結(jié)理論進(jìn)行估算,次固結(jié)沉降量的估算則因必須考慮填埋體的流變性質(zhì)而較為復(fù)雜。對(duì)一個(gè)服務(wù)年限為10 年的典型的衛(wèi)生填埋場(chǎng),主、次固結(jié)沉降之和可達(dá)初始填埋高度的30%。 根據(jù)Sowers(1973)

11、的資料,主固結(jié)系數(shù)Cc和次固結(jié)系數(shù)Ca與填埋體初始空隙比e0 之間存在如下線性關(guān)系:Cc=(0.150.55)e0Ca=(0.030.09)e0 潛蝕潛蝕是一種滲透變形,其強(qiáng)弱取決于填埋體內(nèi)廢物顆粒的級(jí)配和水分的滲透運(yùn)移情況,因此廢物顆粒粒徑差別越大,填埋場(chǎng)滲濾液產(chǎn)生量越大,潛蝕造成的沉降就越大。但潛蝕造成的填埋體沉降很難計(jì)算。滲濾液回灌會(huì)加劇潛蝕作用,進(jìn)而造成填埋體沉降 由于填埋體在空間上的非均質(zhì)性,其沉降量在空間上常常也是不均勻的。不均勻沉降有可能破壞填埋場(chǎng)蓋層系統(tǒng)的完整性,損壞填埋氣體導(dǎo)排系統(tǒng),影響填埋場(chǎng)的生態(tài)恢復(fù)和最終利用。填埋體的不均勻沉降也可能因地基土體的壓縮性在空間上的顯著差異而產(chǎn)生,這種不均勻沉降除有上述危害外,