降雨入滲作用下填埋場邊坡穩定性分析

林玲玲

（廈門峻鴻環境固廢處置有限公司，福建 廈門 361000）

隨著城市人口的增長以及密集程度的加劇，導致城市的垃圾暴增，據統計，就目前來看，我國城市的垃圾增長速度是經濟增長速度的3倍，每年所產生的垃圾在2億噸左右，城市的垃圾堆放量也已經超過70億噸。這些垃圾不及時處理將為城市的發展以及城市人口的生活質量帶來了非常不利的影響，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看，填埋法在處理垃圾堆放方面具有多重優點，也因此受到我國的青睞。據不完全統計，我國現有的垃圾填埋場已經超過660個，這些填埋場在垃圾處理工作上發揮著重要的作用，其所處理的垃圾超過70%。然而衛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，其中表現最為明顯的就是強降雨所引起的滑坡，對此，相關的專家對填埋場的邊坡穩定問題進行了研究與分析，以此來有效地解決垃圾填埋工作的不足。

1 影響填埋場邊坡穩定性的主要因素

1.1 垃圾壩的分類

垃圾壩所使用的材料不同會對垃圾填埋場的邊坡穩定性能造成不同的影響。通常情況下，根據垃圾壩建造時所使用的土質材料不同，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。這四種壩在實際的使用過程中受到壩體主要材料的影響，使其在降雨入滲的過程中具有不同的性能，進而對邊坡的穩定性能造成一定的影響。在實際的垃圾壩分類中，還會因為垃圾壩壩體的高度對其進行高、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，對工藝的要求也會存在一定的差異，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參數，那么對于壩體的性質來說將會是非常不利的，進而影響填埋場邊坡的穩定性能。

1.2 初始條件對邊坡穩定性能的影響

邊坡的長度、高度以及坡度等初始條件的設立都會對邊坡的穩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，會導致填埋場的安全系數降低。對此相關的學者采用了有限元法對斜坡在各種初始條件和降雨情況下的暫態及斜坡穩定性進行了相關的研究。研究結果顯示，降雨入滲作用下，非飽和土的滲透性會增強，基質吸力會有所減弱。當填埋場的地下水位出現上層滯水水位時，安全系數將由初始地下水位控制。為了更好地探究填埋場邊坡的初始條件對穩定性的影響，國外的一些學者模擬了強降雨條件下的邊坡暫態滲流過程，同時對所獲取的數據進行了分析和歸納，并得出了相關的結論，結論指出：填埋場邊坡中斜坡的長度、土層的厚度均會對邊坡的穩定性帶來嚴重的影響。

1.3 降雨量對邊坡穩定性造成的影響

每年的雨季是預防山體滑坡工作的關鍵時期，尤其是強降雨天氣，更是在一定程度上加劇了山體滑坡的可能性。當然，這一惡劣的天氣也是對填埋場邊坡穩定性能的一項重大考驗。因此，有關學者在這一方面進行了研究與分析，比如對香港地區的降雨與滑坡之間的關聯進行調研分析等，通過調研工作，學者們發現，土的入滲能力會直接影響到邊坡的穩定性能。生活經驗告訴我們，強降雨天氣會增加土的滲透力負擔，從而使得路面出現大面積的積水。當這一問題發生在填埋場時，由于土的滲透力無法滿足強降雨對土質的需求，就會降低邊坡的穩定性。不僅如此，降雨的持續時間也會在對穩定性產生消極的影響，其持續時間越長，對穩定性的要求就會越高。基于此，國內的學者鄭建浩于2006年對高邊坡的降雨入滲情況進行了現場觀測，并對殘積土中的吸力量測方法和觀測設備埋設技術進行了一系列的研究，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律的結論，同時該學者還指出降雨滲流情況具有一定的范圍，如果在該范圍內降雨時間持續較長且流量較大，那么對于邊坡的穩定性來說將會是一項非常大的考驗[1]。

2 垃圾填埋場邊坡的防滲處理

為了能夠更好地促進垃圾填埋場發揮出自身的作用，需要對垃圾填埋場進行相關的防滲處理工作。就目前的防滲工藝來看，主要是采取防滲膜覆蓋的方式來完成這一項工作。實際生產生活中我們會發現，垃圾填埋場附近的居民水質相較于其他地區而言會有所下降，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。對此，需要相關的部門以及設計單位在這一方面著手處理，并對其進行創新與完善，以保障垃圾填埋工作能夠發揮出更大的作用，避免對人們的生活以及生產帶來不穩定因素，或是為人們的生活帶來二次污染。就目前的防滲薄覆蓋工藝來看，主要是通過在垃圾填埋場的底部區域以及邊坡區域增加復合襯里，而這一襯里通常是由HDPE土工模和GCL結構組成，本文就黏土壩的中壩邊坡防滲處理工藝進行了相關的介紹：

圖1 邊坡底部復合襯里（HDPE土工膜+GCL）結構示意圖

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

該項工藝在實際操作方面用到了黏土，通常情況下，如果填埋場所在的區域黏土產量比較豐富，則可以就地取材，利用黏土自身的性能來實現其在整個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量的限制，使得其在實際的使用過程中不能夠發揮出很好的性能，尤其是對于黏土缺失的地區，需要進行外地運輸，那么將會增加整個工藝的生產成本。對于第五層GCL材料，其在遇水后，內部的膨潤土厚度會擴大到幾倍，受到外裹土工織物的保護后,不易被頂破或刺破而失效，因此而具有非常重要的實用性。HDPE土工膜的加入會在一定程度上降低黏土的厚度，增大庫容，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的安全性和庫容。通過上述的工藝我們可以看出，在處理垃圾填埋場的降雨排放工作上，主要是采取多層過濾以及污水凈化的工藝，這是因為降雨的過程中，會導致垃圾分解所產生的廢棄物質隨著雨水滲入到地下，如果未經處理而直接排放，則會對地下水造成一定程度的污染，進而對周邊居民的生活質量造成十分不利的影響。此外，采用防滲膜覆蓋的方式對工藝進行完善還可以在一定程度上降低邊坡因降雨量持續時間較長或者是降雨流量較大而帶來的山體滑坡等危害。

3 使用GeoStudio軟件對邊坡的穩定性能進行分析

GeoStudio軟件在堤防工程中的應用較為廣泛，尤其是SLOPE/W程序對堤壩穩定性和安全性的分析工作上會更加的精準，在具體的計算中，將相關的邊坡模型導入到SLOPE/W模塊中，然后對邊坡的巖土層及巖土體的彈性等性能參數進行賦值，在通過對邊坡模型進行有限元區域網格的劃分，將單元格設置成三角形和四邊形，然后對邊界條件進行設置，當上述基礎信息設置完畢后開始運行程序，進而對模型的各項數據進行分析。SLOPE/W程序的應用極大提高了邊坡的穩定性能，設計者通過對模型的計算和分析，可以得到邊坡的變形圖示、位移圖和邊坡剪應力圖示，再通過對這些數據以及圖示的分析來了解該項設計參數是否符合要求，進而影響到后續相關工作的開展。

4 總結

綜上所述，就目前垃圾處理情況來看，垃圾填埋場在處理垃圾方面所取得的效果最為顯著，但同時也存在著一定的弊端，因此需要相關部門在對垃圾填埋場進行設計時要不斷完善各項工藝。尤其是近年來由于科技的發展，人們研制出許多新型材料，對此需要相關部門結合材料的性能以及填埋場邊坡的穩定性能需求，來選取最為合適的材料，并以此來鞏固邊坡的穩定性能。