填埋场中废弃物稳定问题

余志贵

0 引言

随着我国经济的快速增长以及城市生活水平的不断提高,城市固体废弃物(Municipal Solid Waste,简称MSW,俗称垃圾)大量产生。目前我国城市废弃物处理尚处于发展阶段,垃圾卫生填埋作为一种成本较低、技术相对简单、能迅速处理垃圾的方式,比较适合我国国情。

目前我国建设废弃物填埋场的基本思路是:1)污染物溶质迁移机理下采用多重隔离屏障的概念,着重研究各种隔离屏障技术,包括天然防渗和人工防渗,确保废弃物处置后使进入环境(空气,水和土壤)中的物质不会恶化环境;2)从岩土工程的角度研究填埋场的稳定问题,确保不会因为填埋场失稳破坏导致污染物质向外界扩散;3)通过隔绝外界水向填埋场渗入的途径来降低渗滤液的产量[1]。

典型的填埋场是把废弃物分层堆放的堆积体[2]。以往对填埋场主要考虑环境问题及保护周边地下水和大气不产生严重污染。但从20世纪80年代以来,美国、巴西、中国等很多地方相继出现填埋场的稳定破坏现象,造成不可估量的损失,对周边环境也产生了灾难性的后果。所以,稳定问题是填埋场设计、施工、填埋和封闭过程中的关键问题之一[2]。

1 填埋场稳定破坏类型

填埋场在开挖和填埋期间,以及在封闭后,可能出现各种不同的破坏模式,其破坏机理也不同。几种潜在的破坏模式大致分为以下五种(Mitchell,1992年):1)边坡及衬垫底部土体发生整体滑动破坏(见图1);2)衬垫系统从锚沟中脱出向下滑动(见图2);3)沿固体废弃物内部破坏(见图3);4)穿过废弃物和地基发生破坏(见图4);5)沿衬垫系统的破坏(见图 5)[3,4]。

2 填埋场稳定问题分析

2.1 废弃物力学原则

废弃物的种类、堆放情况,以及由于堆放而增加的应力,这些都会影响废弃物堆积体中竖直和水平变形发展的范围。这种废弃物堆积体还会因为废弃物内部的生物和化学变化而加剧。同时这种变形将与填埋场持力层及地基土的变形叠加起来。此外,在废弃物堆积体中细颗粒和不透水区段内,发生沉降和侧向变形时,会形成孔隙水压力和孔隙气压力,使垃圾体的抗剪强度降低。

废弃物堆积体的几何形状,会使填埋场的边坡区段产生较大的剪应力,导致下部区段的水平位移及顶部区段的沉降。堆放在这些区段的废弃物,应具有足够的抗剪强度,以免发生边坡失稳。同时,废弃物的应力应变特性与填埋场底部衬垫系统的材料应力应变特性的不同,可能导致废弃物堆积体与填埋场底部衬垫系统的相互作用,产生滑动的影响,应对应变相容性给予考虑[5]。

2.2 废弃物堆积体的稳定性

分析垃圾体的稳定问题,可按外部稳定与内部稳定两种情况分别进行考虑。外部稳定问题指影响所有临时与永久性边坡潜在失稳区段的废弃物强度与变形性能,以及影响废弃物堆积体周围,在运转阶段及以后的潜在失稳区段的废弃物强度与变形性能。不同的抗剪强度材料之间,可能发生剪切失稳。内部稳定是如何堆放废弃物的准则,堆放废弃物应当在不影响外部稳定性的区段内。在这样的区段内,可以堆放低抗剪强度的废弃物,但应考虑操作时的稳定性及差异沉降引起的安全性问题,应与废弃物堆积体表面(这应当包括边坡安全区段在内)保持一段安全距离。

3 结语

填埋场垃圾体不稳定是由于下列原因产生的:

1)天然边坡本身不够稳定(对山谷型填埋场)。

2)人工开挖边坡坡度太大,或是坡脚开挖降低了天然边坡的稳定性(对山谷型或平面型地下式填埋场)。

3)地基承载力不足,尤其是地基土为软黏土或其他可压缩土时(对平面型或某些山谷型填埋场)。

4)固体废弃物抗剪强度低,压缩变形大。

5)作为中间盖层的压实黏土抗剪强度低。

6)地表水、渗滤液、气体导排系统有可能发生故障,造成填埋体孔隙压力过大。

7)填埋体与天然土体在接触部位有可能产生不利于边坡稳定的相互作用。

8)裂隙黏土的自然软化、蠕动、渐进破坏与其他可能影响边坡土体或填埋体长期行为的作用。

[1]施文种.现代填埋场设计思路探讨[J].福建建筑,2003(4):49-50.

[2]钱学德,郭志平,施建勇.现代卫生填埋场的设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.

[3]周 健,梅其岳,吴世明.山谷型填埋及堆体边坡稳定分析[J].岩土工程学报,2005(3):22.

[4]叶建忠,周 健.垃圾填埋场设计中的稳定分析问题[J].工业建筑,2006,35(sup):735-739.

[5]俞调梅,朱百里.废弃物填埋场设计[M].上海:同济大学出版社,1999.