降雨入渗作用下填埋场边坡稳定性分析

林玲玲

（厦门峻鸿环境固废处置有限公司，福建 厦门 361000）

随着城市人口的增长以及密集程度的加剧，导致城市的垃圾暴增，据统计，就目前来看，我国城市的垃圾增长速度是经济增长速度的3倍，每年所产生的垃圾在2亿吨左右，城市的垃圾堆放量也已经超过70亿吨。这些垃圾不及时处理将为城市的发展以及城市人口的生活质量带来了非常不利的影响，甚至还在一定程度上威胁人类的生命健康。就目前的垃圾处理方式来看，填埋法在处理垃圾堆放方面具有多重优点，也因此受到我国的青睐。据不完全统计，我国现有的垃圾填埋场已经超过660个，这些填埋场在垃圾处理工作上发挥着重要的作用，其所处理的垃圾超过70%。然而卫生填埋法在清理垃圾工作上依然存在着一定的弊端，比如不安全性等，其中表现最为明显的就是强降雨所引起的滑坡，对此，相关的专家对填埋场的边坡稳定问题进行了研究与分析，以此来有效地解决垃圾填埋工作的不足。

1 影响填埋场边坡稳定性的主要因素

1.1 垃圾坝的分类

垃圾坝所使用的材料不同会对垃圾填埋场的边坡稳定性能造成不同的影响。通常情况下，根据垃圾坝建造时所使用的土质材料不同，可将其划分为黏土坝、混凝土坝、浆砌石坝以及碾压式土石坝。这四种坝在实际的使用过程中受到坝体主要材料的影响，使其在降雨入渗的过程中具有不同的性能，进而对边坡的稳定性能造成一定的影响。在实际的垃圾坝分类中，还会因为垃圾坝坝体的高度对其进行高、中、低的划分。通常情况下，坝体高度高于15米的称之为高坝，位于5米至15米之间的称之为中坝，而低于5米的则被称之为低坝。坝体的高度不同，对工艺的要求也会存在一定的差异，如果在具体的施工中，未能充分满足坝体高度所需要的各项参数，那么对于坝体的性质来说将会是非常不利的，进而影响填埋场边坡的稳定性能。

1.2 初始条件对边坡稳定性能的影响

边坡的长度、高度以及坡度等初始条件的设立都会对边坡的稳定性能造成一定的影响。随着边坡高度的增加以及坡度变陡，会导致填埋场的安全系数降低。对此相关的学者采用了有限元法对斜坡在各种初始条件和降雨情况下的暂态及斜坡稳定性进行了相关的研究。研究结果显示，降雨入渗作用下，非饱和土的渗透性会增强，基质吸力会有所减弱。当填埋场的地下水位出现上层滞水水位时，安全系数将由初始地下水位控制。为了更好地探究填埋场边坡的初始条件对稳定性的影响，国外的一些学者模拟了强降雨条件下的边坡暂态渗流过程，同时对所获取的数据进行了分析和归纳，并得出了相关的结论，结论指出：填埋场边坡中斜坡的长度、土层的厚度均会对边坡的稳定性带来严重的影响。

1.3 降雨量对边坡稳定性造成的影响

每年的雨季是预防山体滑坡工作的关键时期，尤其是强降雨天气，更是在一定程度上加剧了山体滑坡的可能性。当然，这一恶劣的天气也是对填埋场边坡稳定性能的一项重大考验。因此，有关学者在这一方面进行了研究与分析，比如对香港地区的降雨与滑坡之间的关联进行调研分析等，通过调研工作，学者们发现，土的入渗能力会直接影响到边坡的稳定性能。生活经验告诉我们，强降雨天气会增加土的渗透力负担，从而使得路面出现大面积的积水。当这一问题发生在填埋场时，由于土的渗透力无法满足强降雨对土质的需求，就会降低边坡的稳定性。不仅如此，降雨的持续时间也会在对稳定性产生消极的影响，其持续时间越长，对稳定性的要求就会越高。基于此，国内的学者郑建浩于2006年对高边坡的降雨入渗情况进行了现场观测，并对残积土中的吸力量测方法和观测设备埋设技术进行了一系列的研究，并得出边坡位移与地下水位、土体吸力三者之间存在一定的变化规律的结论，同时该学者还指出降雨渗流情况具有一定的范围，如果在该范围内降雨时间持续较长且流量较大，那么对于边坡的稳定性来说将会是一项非常大的考验[1]。

2 垃圾填埋场边坡的防渗处理

为了能够更好地促进垃圾填埋场发挥出自身的作用，需要对垃圾填埋场进行相关的防渗处理工作。就目前的防渗工艺来看，主要是采取防渗膜覆盖的方式来完成这一项工作。实际生产生活中我们会发现，垃圾填埋场附近的居民水质相较于其他地区而言会有所下降，造成这一局面的主要因素不可排除的就是附近的地下水域受到垃圾的污染。对此，需要相关的部门以及设计单位在这一方面着手处理，并对其进行创新与完善，以保障垃圾填埋工作能够发挥出更大的作用，避免对人们的生活以及生产带来不稳定因素，或是为人们的生活带来二次污染。就目前的防渗薄覆盖工艺来看，主要是通过在垃圾填埋场的底部区域以及边坡区域增加复合衬里，而这一衬里通常是由HDPE土工模和GCL结构组成，本文就黏土坝的中坝边坡防渗处理工艺进行了相关的介绍：

图1 边坡底部复合衬里（HDPE土工膜+GCL）结构示意图

上图为垃圾填埋场边坡底部复合衬里的结构示意图，图中1～9为防渗薄覆盖的基础工艺，而第10层则为垃圾的堆层。具体来说，图片中的第1层为基础层,第2层为反滤层，第3层为地下水导流层，第4层为膜下保护层也就是黏土层，第5层为GCL层，第6层则为土工布+膜防渗层，第7层为膜上保护层，通常会采用土工布，第8层为渗沥液导流层，在这一层的材料选取上，可以有多项选择，比如碎石、轮胎、土工复合格栅等，第9层则为反滤层。而第10层则为垃圾的堆放层[2]。

该项工艺在实际操作方面用到了黏土，通常情况下，如果填埋场所在的区域黏土产量比较丰富，则可以就地取材，利用黏土自身的性能来实现其在整个薄膜覆盖工艺中的作用。但是天然黏土受到自身性能以及产量的限制，使得其在实际的使用过程中不能够发挥出很好的性能，尤其是对于黏土缺失的地区，需要进行外地运输，那么将会增加整个工艺的生产成本。对于第五层GCL材料，其在遇水后，内部的膨润土厚度会扩大到几倍，受到外裹土工织物的保护后,不易被顶破或刺破而失效，因此而具有非常重要的实用性。HDPE土工膜的加入会在一定程度上降低黏土的厚度，增大库容，极大地减小了原有衬里的渗透性,一定程度上增加了填埋场的安全性和库容。通过上述的工艺我们可以看出，在处理垃圾填埋场的降雨排放工作上，主要是采取多层过滤以及污水净化的工艺，这是因为降雨的过程中，会导致垃圾分解所产生的废弃物质随着雨水渗入到地下，如果未经处理而直接排放，则会对地下水造成一定程度的污染，进而对周边居民的生活质量造成十分不利的影响。此外，采用防渗膜覆盖的方式对工艺进行完善还可以在一定程度上降低边坡因降雨量持续时间较长或者是降雨流量较大而带来的山体滑坡等危害。

3 使用GeoStudio软件对边坡的稳定性能进行分析

GeoStudio软件在堤防工程中的应用较为广泛，尤其是SLOPE/W程序对堤坝稳定性和安全性的分析工作上会更加的精准，在具体的计算中，将相关的边坡模型导入到SLOPE/W模块中，然后对边坡的岩土层及岩土体的弹性等性能参数进行赋值，在通过对边坡模型进行有限元区域网格的划分，将单元格设置成三角形和四边形，然后对边界条件进行设置，当上述基础信息设置完毕后开始运行程序，进而对模型的各项数据进行分析。SLOPE/W程序的应用极大提高了边坡的稳定性能，设计者通过对模型的计算和分析，可以得到边坡的变形图示、位移图和边坡剪应力图示，再通过对这些数据以及图示的分析来了解该项设计参数是否符合要求，进而影响到后续相关工作的开展。

4 总结

综上所述，就目前垃圾处理情况来看，垃圾填埋场在处理垃圾方面所取得的效果最为显著，但同时也存在着一定的弊端，因此需要相关部门在对垃圾填埋场进行设计时要不断完善各项工艺。尤其是近年来由于科技的发展，人们研制出许多新型材料，对此需要相关部门结合材料的性能以及填埋场边坡的稳定性能需求，来选取最为合适的材料，并以此来巩固边坡的稳定性能。