某垃圾场开挖实例模拟分析

潘磊 徐飞

(1.宝钢股份梅山公司矿业分公司，江苏南京 210041;2.南京凯盛开能环保能源有限公司，江苏南京 210036)

0 引言

近年来我国经济建设得到了大力发展，而随之产生的各类垃圾也越来越多，大约以每年9%的速度递增［1］。就现有条件来说，修建大型的垃圾填埋场仍然是最经济有效的处理方法。但垃圾填埋场的修建过程当中会遇到各种各样的岩土问题，如垃圾场渗滤液的处理以及开挖稳定性评价［2-4］。

其中垃圾场的变形问题贯穿整个垃圾场的建设和运营过程，如果垃圾场变形过大且不均匀，容易引起边坡滑动并使得防渗层材料受到过大的拉应力而破坏，造成工程事故，对周边环境产生巨大污染。

本文首先模拟了某垃圾场开挖的实际过程，将模拟与实测结果进行对比，证明了数值分析的可靠性之后又进行了三种开挖状况的模拟，对比分析了各开挖工况下的安全系数，为垃圾场开挖的施工设计提供了一定依据。

1 分析模型

1.1 几何模型

对于某垃圾填埋场，鉴于开挖几何模型的对称性，采用轴对称方法进行分析，建模时只考虑取其一半(右侧)。如图1所示，需要开挖的部分位于模型的左侧，共有7 m厚，其中顶层3 m为淤泥质粉质粘土层，中间2 m为粉土夹粉砂层，下层2 m为粉砂层。右侧上部为开挖后对土进行压实并填筑到库区周围的堤坝，高5 m。

1.2 参数选取

根据岩土工程勘察报告，选取库区变形模拟所需要的计算参数列于表1中。

表1 岩土参数表

图1 开挖模型

1.3 开挖工况

开挖模拟分为三种工况:工况1，分层开挖;工况2，从库区边缘开挖;工况3，从库区中心开挖，如图2a)～图2c)所示。其中工况1为实际开挖的工况。

图2 开挖工况示意图

2 结果分析

2.1 与实测结果对比

为进行变形监测，在垃圾场施工前位于填筑部分坡脚处预埋了深为10 m的测斜管，在施工过程中进行了深层水平位移监测，将开挖完成后的实测最终水平位移与数值模拟结果进行对比，结果如图3所示。数值模拟结果与实测数据吻合较好，说明该数值模拟方法是切实可靠的。

2.2 三种开挖工况比较

利用强度折减有限元法对此边坡的安全系数进行评估。强度系数折减法的基本原理是利用一个安全系数Fs对所选取的土的参数粘聚力c以及摩擦角φ进行不断的折减，反复分析土坡，直到土坡破坏。得出的折减系数Ft即为土坡的安全系数。

对边坡进行安全性分析计算，可能的滑动区域如图4所示。

通过对分层开挖，边缘开挖，中心开挖这三种工况的比较可以看出，三种工况坡面位移的分布发展规律基本相同，只是坡面位移的大小，安全系数和滑动面有所不同。现将这三种工况的最大位移以及安全系数列于表2中。

图3 实测数据与模拟结果对比图

图4 最易滑动区域

表2 三种工况坡面最大位移及安全系数

通过比较可以看出，分层开挖安全系数最大，位移比边缘开挖大，但比中心开挖小。边缘开挖位移最小，安全系数比分层开挖小，但比中心开挖大。中心开挖位移最大并且安全系数最小。施工时应尽量使得位移小以及安全系数大，所以推荐进行分层开挖或者边缘开挖，不推荐中心开挖。

3 结语

对某垃圾场的实际开挖过程进行数值模拟，通过与实测数据对比证明数值分析的可靠性。在此基础上分析了三种不同的开挖工况，结果表明分层开挖安全系数最大，位移比边缘开挖大，但比中心开挖小。边缘开挖位移最小，安全系数比分层开挖小，但比中心开挖大。中心开挖位移最大并且安全系数最小。推荐进行分层开挖或者边缘开挖，不推荐中心开挖。

［1］陈海滨.垃圾处理技术发展预测时两个不可忽略的因素——城市地域和类别问题的差异［J］.环境与开发，1996(2)：20-23.

［2］吴世明.国外环境土工发展现状［A］.环境土工及填埋技术交流会论文集［C］.杭州：浙江大学，2010.

［3］沈 磊.城市固体废弃物填埋场渗滤液水位及边坡稳定分析［D］.杭州：浙江大学，2011.

［4］肖 峰.浅谈垃圾填埋场渗滤液处理工艺和方式［J］.环境科学与管理，2008，33(8)：187-191.