降雨入滲作用下填埋場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性分析

林玲玲

（廈門峻鴻環(huán)境固廢處置有限公司，福建 廈門 361000）

隨著城市人口的增長(zhǎng)以及密集程度的加劇，導(dǎo)致城市的垃圾暴增，據(jù)統(tǒng)計(jì)，就目前來(lái)看，我國(guó)城市的垃圾增長(zhǎng)速度是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度的3倍，每年所產(chǎn)生的垃圾在2億噸左右，城市的垃圾堆放量也已經(jīng)超過(guò)70億噸。這些垃圾不及時(shí)處理將為城市的發(fā)展以及城市人口的生活質(zhì)量帶來(lái)了非常不利的影響，甚至還在一定程度上威脅人類的生命健康。就目前的垃圾處理方式來(lái)看，填埋法在處理垃圾堆放方面具有多重優(yōu)點(diǎn)，也因此受到我國(guó)的青睞。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有的垃圾填埋場(chǎng)已經(jīng)超過(guò)660個(gè)，這些填埋場(chǎng)在垃圾處理工作上發(fā)揮著重要的作用，其所處理的垃圾超過(guò)70%。然而衛(wèi)生填埋法在清理垃圾工作上依然存在著一定的弊端，比如不安全性等，其中表現(xiàn)最為明顯的就是強(qiáng)降雨所引起的滑坡，對(duì)此，相關(guān)的專家對(duì)填埋場(chǎng)的邊坡穩(wěn)定問題進(jìn)行了研究與分析，以此來(lái)有效地解決垃圾填埋工作的不足。

1 影響填埋場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性的主要因素

1.1 垃圾壩的分類

垃圾壩所使用的材料不同會(huì)對(duì)垃圾填埋場(chǎng)的邊坡穩(wěn)定性能造成不同的影響。通常情況下，根據(jù)垃圾壩建造時(shí)所使用的土質(zhì)材料不同，可將其劃分為黏土壩、混凝土壩、漿砌石壩以及碾壓式土石壩。這四種壩在實(shí)際的使用過(guò)程中受到壩體主要材料的影響，使其在降雨入滲的過(guò)程中具有不同的性能，進(jìn)而對(duì)邊坡的穩(wěn)定性能造成一定的影響。在實(shí)際的垃圾壩分類中，還會(huì)因?yàn)槔鴫螇误w的高度對(duì)其進(jìn)行高、中、低的劃分。通常情況下，壩體高度高于15米的稱之為高壩，位于5米至15米之間的稱之為中壩，而低于5米的則被稱之為低壩。壩體的高度不同，對(duì)工藝的要求也會(huì)存在一定的差異，如果在具體的施工中，未能充分滿足壩體高度所需要的各項(xiàng)參數(shù)，那么對(duì)于壩體的性質(zhì)來(lái)說(shuō)將會(huì)是非常不利的，進(jìn)而影響填埋場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定性能。

1.2 初始條件對(duì)邊坡穩(wěn)定性能的影響

邊坡的長(zhǎng)度、高度以及坡度等初始條件的設(shè)立都會(huì)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性能造成一定的影響。隨著邊坡高度的增加以及坡度變陡，會(huì)導(dǎo)致填埋場(chǎng)的安全系數(shù)降低。對(duì)此相關(guān)的學(xué)者采用了有限元法對(duì)斜坡在各種初始條件和降雨情況下的暫態(tài)及斜坡穩(wěn)定性進(jìn)行了相關(guān)的研究。研究結(jié)果顯示，降雨入滲作用下，非飽和土的滲透性會(huì)增強(qiáng)，基質(zhì)吸力會(huì)有所減弱。當(dāng)填埋場(chǎng)的地下水位出現(xiàn)上層滯水水位時(shí)，安全系數(shù)將由初始地下水位控制。為了更好地探究填埋場(chǎng)邊坡的初始條件對(duì)穩(wěn)定性的影響，國(guó)外的一些學(xué)者模擬了強(qiáng)降雨條件下的邊坡暫態(tài)滲流過(guò)程，同時(shí)對(duì)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和歸納，并得出了相關(guān)的結(jié)論，結(jié)論指出：填埋場(chǎng)邊坡中斜坡的長(zhǎng)度、土層的厚度均會(huì)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性帶來(lái)嚴(yán)重的影響。

1.3 降雨量對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成的影響

每年的雨季是預(yù)防山體滑坡工作的關(guān)鍵時(shí)期，尤其是強(qiáng)降雨天氣，更是在一定程度上加劇了山體滑坡的可能性。當(dāng)然，這一惡劣的天氣也是對(duì)填埋場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性能的一項(xiàng)重大考驗(yàn)。因此，有關(guān)學(xué)者在這一方面進(jìn)行了研究與分析，比如對(duì)香港地區(qū)的降雨與滑坡之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行調(diào)研分析等，通過(guò)調(diào)研工作，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，土的入滲能力會(huì)直接影響到邊坡的穩(wěn)定性能。生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們，強(qiáng)降雨天氣會(huì)增加土的滲透力負(fù)擔(dān)，從而使得路面出現(xiàn)大面積的積水。當(dāng)這一問題發(fā)生在填埋場(chǎng)時(shí)，由于土的滲透力無(wú)法滿足強(qiáng)降雨對(duì)土質(zhì)的需求，就會(huì)降低邊坡的穩(wěn)定性。不僅如此，降雨的持續(xù)時(shí)間也會(huì)在對(duì)穩(wěn)定性產(chǎn)生消極的影響，其持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)穩(wěn)定性的要求就會(huì)越高。基于此，國(guó)內(nèi)的學(xué)者鄭建浩于2006年對(duì)高邊坡的降雨入滲情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，并對(duì)殘積土中的吸力量測(cè)方法和觀測(cè)設(shè)備埋設(shè)技術(shù)進(jìn)行了一系列的研究，并得出邊坡位移與地下水位、土體吸力三者之間存在一定的變化規(guī)律的結(jié)論，同時(shí)該學(xué)者還指出降雨滲流情況具有一定的范圍，如果在該范圍內(nèi)降雨時(shí)間持續(xù)較長(zhǎng)且流量較大，那么對(duì)于邊坡的穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)將會(huì)是一項(xiàng)非常大的考驗(yàn)[1]。

2 垃圾填埋場(chǎng)邊坡的防滲處理

為了能夠更好地促進(jìn)垃圾填埋場(chǎng)發(fā)揮出自身的作用，需要對(duì)垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行相關(guān)的防滲處理工作。就目前的防滲工藝來(lái)看，主要是采取防滲膜覆蓋的方式來(lái)完成這一項(xiàng)工作。實(shí)際生產(chǎn)生活中我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，垃圾填埋場(chǎng)附近的居民水質(zhì)相較于其他地區(qū)而言會(huì)有所下降，造成這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。對(duì)此，需要相關(guān)的部門以及設(shè)計(jì)單位在這一方面著手處理，并對(duì)其進(jìn)行創(chuàng)新與完善，以保障垃圾填埋工作能夠發(fā)揮出更大的作用，避免對(duì)人們的生活以及生產(chǎn)帶來(lái)不穩(wěn)定因素，或是為人們的生活帶來(lái)二次污染。就目前的防滲薄覆蓋工藝來(lái)看，主要是通過(guò)在垃圾填埋場(chǎng)的底部區(qū)域以及邊坡區(qū)域增加復(fù)合襯里，而這一襯里通常是由HDPE土工模和GCL結(jié)構(gòu)組成，本文就黏土壩的中壩邊坡防滲處理工藝進(jìn)行了相關(guān)的介紹：

圖1 邊坡底部復(fù)合襯里（HDPE土工膜+GCL）結(jié)構(gòu)示意圖

上圖為垃圾填埋場(chǎng)邊坡底部復(fù)合襯里的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1～9為防滲薄覆蓋的基礎(chǔ)工藝，而第10層則為垃圾的堆層。具體來(lái)說(shuō)，圖片中的第1層為基礎(chǔ)層,第2層為反濾層，第3層為地下水導(dǎo)流層，第4層為膜下保護(hù)層也就是黏土層，第5層為GCL層，第6層則為土工布+膜防滲層，第7層為膜上保護(hù)層，通常會(huì)采用土工布，第8層為滲瀝液導(dǎo)流層，在這一層的材料選取上，可以有多項(xiàng)選擇，比如碎石、輪胎、土工復(fù)合格柵等，第9層則為反濾層。而第10層則為垃圾的堆放層[2]。

該項(xiàng)工藝在實(shí)際操作方面用到了黏土，通常情況下，如果填埋場(chǎng)所在的區(qū)域黏土產(chǎn)量比較豐富，則可以就地取材，利用黏土自身的性能來(lái)實(shí)現(xiàn)其在整個(gè)薄膜覆蓋工藝中的作用。但是天然黏土受到自身性能以及產(chǎn)量的限制，使得其在實(shí)際的使用過(guò)程中不能夠發(fā)揮出很好的性能，尤其是對(duì)于黏土缺失的地區(qū)，需要進(jìn)行外地運(yùn)輸，那么將會(huì)增加整個(gè)工藝的生產(chǎn)成本。對(duì)于第五層GCL材料，其在遇水后，內(nèi)部的膨潤(rùn)土厚度會(huì)擴(kuò)大到幾倍，受到外裹土工織物的保護(hù)后,不易被頂破或刺破而失效，因此而具有非常重要的實(shí)用性。HDPE土工膜的加入會(huì)在一定程度上降低黏土的厚度，增大庫(kù)容，極大地減小了原有襯里的滲透性,一定程度上增加了填埋場(chǎng)的安全性和庫(kù)容。通過(guò)上述的工藝我們可以看出，在處理垃圾填埋場(chǎng)的降雨排放工作上，主要是采取多層過(guò)濾以及污水凈化的工藝，這是因?yàn)榻涤甑倪^(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致垃圾分解所產(chǎn)生的廢棄物質(zhì)隨著雨水滲入到地下，如果未經(jīng)處理而直接排放，則會(huì)對(duì)地下水造成一定程度的污染，進(jìn)而對(duì)周邊居民的生活質(zhì)量造成十分不利的影響。此外，采用防滲膜覆蓋的方式對(duì)工藝進(jìn)行完善還可以在一定程度上降低邊坡因降雨量持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)或者是降雨流量較大而帶來(lái)的山體滑坡等危害。

3 使用GeoStudio軟件對(duì)邊坡的穩(wěn)定性能進(jìn)行分析

GeoStudio軟件在堤防工程中的應(yīng)用較為廣泛，尤其是SLOPE/W程序?qū)Φ虊畏€(wěn)定性和安全性的分析工作上會(huì)更加的精準(zhǔn)，在具體的計(jì)算中，將相關(guān)的邊坡模型導(dǎo)入到SLOPE/W模塊中，然后對(duì)邊坡的巖土層及巖土體的彈性等性能參數(shù)進(jìn)行賦值，在通過(guò)對(duì)邊坡模型進(jìn)行有限元區(qū)域網(wǎng)格的劃分，將單元格設(shè)置成三角形和四邊形，然后對(duì)邊界條件進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)上述基礎(chǔ)信息設(shè)置完畢后開始運(yùn)行程序，進(jìn)而對(duì)模型的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。SLOPE/W程序的應(yīng)用極大提高了邊坡的穩(wěn)定性能，設(shè)計(jì)者通過(guò)對(duì)模型的計(jì)算和分析，可以得到邊坡的變形圖示、位移圖和邊坡剪應(yīng)力圖示，再通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)以及圖示的分析來(lái)了解該項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)是否符合要求，進(jìn)而影響到后續(xù)相關(guān)工作的開展。

4 總結(jié)

綜上所述，就目前垃圾處理情況來(lái)看，垃圾填埋場(chǎng)在處理垃圾方面所取得的效果最為顯著，但同時(shí)也存在著一定的弊端，因此需要相關(guān)部門在對(duì)垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要不斷完善各項(xiàng)工藝。尤其是近年來(lái)由于科技的發(fā)展，人們研制出許多新型材料，對(duì)此需要相關(guān)部門結(jié)合材料的性能以及填埋場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定性能需求，來(lái)選取最為合適的材料，并以此來(lái)鞏固邊坡的穩(wěn)定性能。