环境岩土工程学课件东南大学潘华良环境岩土工程学概论现代卫生填埋场的设计与计算

第6章

现代卫生填埋场的设计与计算生活垃圾卫生填埋技术规范cjj17-2004上节课要点生活垃圾卫生填埋技术规范cjj17-2004上节课要点生活垃圾卫生填埋技术规范cjj17-2004上节课要点上节课要点有GCL的填埋场封顶上节课要点6.6填埋场边坡稳定分析现代城市固体废弃物卫生填埋场具有非常复杂的衬垫系统，它一般有两层压实黏土衬垫两层土工膜两层土工复合材料上覆有一定厚度的砂砾保护层当衬垫处于边坡位置时，如处置不当，很可能发生各种形式的稳定破坏。1996年夏，西班牙垃圾填埋场(规模与深圳下坪填埋场相似)发生数以百万吨的垃圾崩泻，数人死亡，数百万美元财物损失；2000年7月10日菲律宾马尼拉垃圾填埋场垃圾堆体因连降暴雨而滑塌，死亡10人，100多人受伤，滑塌下的垃圾厚达10米；2002年6月14日重庆沙坪区凉枫垭垃圾场因暴雨滑塌，40万立方米垃圾呼啸而下，将山坳碎石厂的三层楼宿舍吞没，死亡10人。鸡笼山垃圾填埋场发生垃圾崩塌滑坡6.6.1边坡稳定破坏类型1.边坡及衬垫底部土体发生整体滑动破坏这种破坏类型可能发生在开挖或铺设衬垫系统但尚未填埋时。图中仅表示了地基产生圆弧滑动破坏的情况，伹实际上由于软弱层及裂缝所导致的楔体或块体破坏也不能忽视。这种破坏模式可用常规的岩土勘探和边坡稳定分析方法来评价。2.衬垫从锚沟中中脱出及沿坡坡面滑动这种破坏通常常发生在衬垫垫系统铺设时时。衬垫与坡面之之间摩擦及衬衬垫各组成部部分之间的摩摩擦能阻止衬衬垫在坡面上上的滑移，锚锚沟的锚固作作用也可阻止止衬垫的滑动动。其安全程度可可由各种摩擦擦阻力与由衬衬垫系统自重重产生的下滑滑力之比加以以评价。3.沿固体废弃物物内部破坏当废弃物填埋埋到某一极限高度时，，就可能产生生破坏。填埋的极限高度与坡角和废弃物自身身强度有关。这种情况可用用常规的边坡坡稳定分析方方法进行分析析，困难在于于如何合理选选取固体废弃弃物的容重和强度值。4.沿废弃物内部部及地基破坏坏硬壳层软土层①②③④⑤⑥固体废物5米扩容5.沿衬垫系统的的破坏(图6.24e)复合衬垫系统统内部强度较较小的接触面面形成一滑动动单元。这种破坏常受受接触面的抗剪强度、废弃物自重和填埋几何形状等因素控制。。6.封顶和覆盖层层的破坏由土或土及复复合材料组成成的封顶系统统(最终覆盖)用于斜坡工时时，抗剪强度低的的接触面常导致覆盖层层的不稳定而而沿填埋的废废弃物坡面向向下滑动。7.过大的沉降大的沉降尽管管不是严格意意义上的一种种稳定破坏。。但由于垃圾圾的产生过大大沉降及地基基自身的沉降降可能会使斜斜坡上的衬垫垫产生较大的张力，可以导致破破坏。此外，不均匀匀沉降也可以以使有裂缝的的覆盖层和衬衬垫产生畸变变，如果水通过裂缝进进入填埋场也会对其稳定定性产生不利利影响。在这些破坏类类型中，衬垫系统的破坏最受关关注，因为一一旦衬垫破坏坏，填埋物的的淋洗液就可可能进入周围围土体及地下下水中，造成成新的环境污污染。6.6.2破坏机理填埋场边坡坡稳定分析析应从短期和长期稳定性两方方面考虑边坡稳定性性通常与土土的抗剪强度参数(总应力或有有效应力强强度指标)、坡高、坡角、土的容重及孔隙水应力力等因素有关关。短期破坏通常发生在在施工末期期。因边坡坡较陡，在在开挖结束束后不久即即发生稳定定破坏。对于饱和黏黏土，由于于开挖使土体内部应应力发生变化，，在潜在破破坏区有效应力降降低，从而增大大发生破坏坏的可能性性。当潜在在破坏区的的变形达到到一极限变变形时，就就会出现明明显的负孔孔压，负的孔隙水水应力消散散常直接导致致边坡稳定定破坏。由由于负孔压压消散速率率主要取决决于黏土的的固结系数数和在破坏坏区的平均均深度。用太沙基固固结理论可可以估算出出负孔压消消散的时间间若一边坡土土体的固结结系数Cv=0.01m2/d，潜在破坏区区平均深度度H=0.5m，已知对应于于固结度为为90％的时间因因数Tv=0.85，则孔压的消消散需6年时间，因因此，这种种情况就属属于长期稳定破破坏问题。6.6.3边坡位置多多层复合衬衬垫的稳定定性填埋场复合合衬垫系统统中第一层层黏土衬垫垫直接建于于第二层淋淋洗液收集集系统上面面，而该系系统又依次次铺设于第第二层土工工膜之上，，整个衬垫垫系统抗滑滑稳定性取取决于系统统各组成部部分之间接触面的抗抗剪强度，通常第二二层淋洗液液收集系统统与第二层层土工膜衬衬垫的接触触面上抗剪剪强度最小小，因此这这一接触面面是危险的的。复合衬垫沿沿坡面滑动动的稳定性性因具有多多层黏土衬衬垫、土工工膜和土工工复合材料料变得非常复杂。6.6.4固体废弃物物的稳定性性6.6.5封顶系统的的边坡稳定定分析封顶系统通通常均是相相对较薄的的土层，当当位于边坡坡位置时，，由于重力力作用，均均有向下滑滑动的趋势势。3.关于安全系系数的选择择对于边坡的的长期静力力稳定分析析，通常认认为最小安安全系数为为1.5是比较合适适的。但这这常用于土土坝设计，，对于填埋埋场整体边边坡稳定分分析或封顶顶边坡稳定定分析是否否合适呢?美国环保局局建议最小小安全系数数可取1.25～1.5，其大小安安全取决于于所取抗剪剪强度参数数的正确程程度。6.7卫生填埋中中的沉降计计算沉降机理(1)压缩：由填填埋场自重重及其所受受到的荷载载引起，在在填埋期、、主固结期期、次固结结(次压缩)期内都有可可能发生。。(2)错动：垃圾圾填埋中的的细颗粒向向大的孔隙隙或洞穴中中的运动。。(3)物理化学变变化：废弃弃料因腐蚀蚀、氧化和和燃烧作用用引起的质质变及体积积减小。(4)生化分解：：垃圾因发发酵、腐烂烂及好氧和和厌氧作用用引起的质质量减小。。影响沉降量量的因素①垃圾填埋埋场的各堆堆层中的垃垃圾层及土土体覆盖层层和初始密度或孔隙比；②垃圾中的的可分解的废弃料的的含量；③填埋高度；④覆盖压力及应力积累累；⑤渗滤水位及其涨落；；⑥环境因素诸如大气湿湿度，对垃垃圾有影响响的氧化含含量、填埋埋体温度以以及填埋体体中的气体体或由填埋埋料所产生生的气体。。垃圾沉降的的特点：在填埋竣工工后的1或2个月内，沉降较较大，接下下来，在相相当长的一一段时间内内，大量产产生的是次压缩(次固结)沉降。6.7.2填埋场沉降降速率1.填埋深度对对沉降速率率的影响较大的填埋埋深度通常常表现出较较快的沉降降速率。但但是，填埋埋沉降速率率与填埋深深度t1，并不成线性性关系。在在深度超过27m之后，其增增长效果基基本消失。。深埋的垃圾类似似于一个厌氧环境，因此此其生化腐腐烂速度要要比浅埋的的来得慢，，浅埋的垃圾或许许更近似于于好氧环境境，其腐烂烂速率更快快，因而沉沉降速率也也更大。2.好氧环境下下的沉降量量普遍比厌厌氧环境下下的沉降量量大。3.施工期对沉沉降速率的的影响施工期tc的长短同样样对沉降速速率有影响响，施工速率越越快(tc值越小)，填埋沉降降完成的时时间就越短短。在施工可靠靠的条件下下，可以尽尽可能地提提高卫生填填埋的施工工速度，以以达到加速速沉降的目目的。工后沉降的的范围,在总填埋深深度的4.5％～6％之间，也也就是说，，对于不受受任何外载载影响，只只受其自身身重量及生生物降解作作用的31m高的填埋场场，可望产产生约1.4～1.8m的工后沉降降。6.7.3固体废弃物物的压缩性性一般认为沉降由由三个分量量组成：Stotal=Si+Sc+Ss式中Stotal——总沉降量；；Si——瞬时沉降量量；Sc——固结沉降量量；Ss——次压缩(次固结)沉降量，或或蠕变。废弃物的沉沉降与泥炭炭土的沉降降相似，在在经历快速速的瞬时沉沉降和固结结沉降之后后，接下来来的主要是是由长期的的次压缩(次固结)引起的附加加沉降然而，与泥泥炭土的沉沉降不同的的是，城市市固体废