考虑破坏面转移和垃圾坝作用的边坡稳定分析

垃圾坝是山谷型填埋场和横向扩建填埋场中常采用的增稳措施;破坏面在衬里结构不同界面间发生转移也是被证实的规律,考虑破坏面转移和垃圾坝作用的垃圾体边坡稳定分析方法尚未见报道。通过将衬里结构中破坏面转移点作为分界点,将滑动垃圾体分成5个楔体,利用极限平衡条件建立了五楔体边坡稳定分析方法。研究结果表明,五楔体极限平衡分析方法能够分析考虑破坏面转移和垃圾坝影响的填埋体稳定性;考虑破坏面转移计算得到的安全系数低于不考虑考虑破坏面转移的计算结果,考虑破坏面转移的计算方法能够发现更危险的情况;填埋场安全系数随垃圾坝高度的增大而增大;垃圾坝的背坡有一最优坡度,垃圾坝的背坡小于这一坡度时,发生“坝背破坏”模式;垃圾坝的背坡大于这一坡度时,发生“坝底破坏”模式;最危险破坏面通过填埋场的背坡和底坡的衬里,再通过垃圾坝的坝背衬里界面或坝底。     

爆破振动荷载作用下填埋场稳定性计算分析

针对爆破振动荷载作用下填埋场稳定系数分析,建立数学坐标系确定两种形状填埋场每个点的坐标位置,分别采用质心法和积分法计算爆破振动惯性力;考虑渗滤液对填埋体、衬垫界面物理力学参数的影响,建立填埋场沿垃圾坝背和坝底破坏时的三楔体分析模型,列楔体极限平衡方程;借助MATLAB求解爆破振动荷载下任意时刻填埋场沿底部复合衬垫界面滑移的安全系数,通过算例验证楔体极限平衡方程的正确性。结果表明：质心法计算的安全系数时程曲线开始发生变化的时间落后于积分法,且与积分法相比,波动幅度更大,最小安全系数更小,实际安全系数应在两种方法之间。当爆源位于垃圾坝底内边缘下方区域或填埋体底部中点左右区域的下方时,安全系数最小,发生失稳的概率最大。爆破振动频率对填埋场安全系数的影响,积分法得出随着振动频率变大,安全系数总体变化趋势增大,且增加幅度逐渐减小。渗滤液水位显著影响填埋场的稳定性。研究结果对评估填埋场在隧道下穿时的稳定性、优化隧道爆破开挖设计、确保施工安全具有重要意义。     

2010年“华夏建设科学技术奖”获奖项目(二等奖) 固体废弃物填埋场堆体稳定性评价及加固措施研究

一、立项背景目前我国各大、中型城市正在运营的440多个城市生活垃圾卫生填埋场,每年处理垃圾6865万吨,占垃圾清运总量的87.7%。随着城市生活垃圾产量的快速增长和垃圾填埋场的填埋量增加,垃圾堆体高度逐渐增加,填埋场内渗滤液水位随之增加,垃圾填埋场的堆体稳定问题逐渐凸现出来。按新标准建设的固体废弃物填埋场普遍采用水平衬垫系统,该系统界面间的抗剪     

竖井抽水下垃圾填埋场渗滤液运移规律研究

城市固废由于组成成分的多样性及分层填埋等原因,导致渗滤液运移存在明显的优先流及各向异性现象。在成都某填埋场开展多口竖井抽水及水位恢复试验,同时结合高密度电法技术(ERT)现场大尺度研究渗滤液分布及运移规律。多口竖井水位恢复试验显示填埋体内渗滤液运移具有明显的不均质性,表现为同一填埋场不同位置的竖井抽排性能差异较大,竖井周围垃圾渗透系数值分布范围为2.35×10-5~3.90×10-4 cm/s。竖井抽水下周围监测井的水位异常变化表明渗滤液补给存在明显优先流特征。ERT监测渗滤液抽水及回灌过程中堆体内电阻率变化,进一步揭示了现场渗流存在显著的各向异性和优先流特征,主要渗流路径与水平向呈0~30°。     

垃圾填埋场孔压监测及边坡稳定性分析

通过现场监测确定垃圾填埋场内的孔压,基于对监测结果的分析得到填埋场内渗滤液水位分布;取不同深度的垃圾土样进行三轴试验测定其抗剪强度参数,利用极限平衡方法定量分析孔隙水压力和孔隙气压力对填埋边坡稳定性的影响.研究结果表明:该填埋场内的渗滤液水位较高,由于中间覆盖层的存在,使填埋场内存在上层滞水;不同埋深垃圾土的抗剪强度不同,随着埋深增加,垃圾土的有效黏聚力减小,有效内摩擦角增加;渗滤液水位高低对填埋边坡安全系数影响很大,上层滞水对边坡稳定性影响较大,气压力对其稳定性影响不大.     

设垃圾坝填埋场的三楔体滑动分析

 提出新建及扩建设垃圾坝填埋场的三楔体极限平衡分析法，给出安全系数的近似解，使得填埋场沿背部、底部及垃圾坝内坡处衬垫界面的三折线型滑动分析大为简化，发现其具有较好的工程适用性。该方法与精度较高的Spencer法所给出的计算结果吻合良好，且能考虑填埋体内摩擦角的影响。研究结果显示，衬垫界面的强度直接影响填埋体沿衬垫界面的稳定性，而填埋场各坡坡度、填埋场高度和宽度以及垃圾坝的高度对安全系数均有较大的影响。对扩建填埋场的分析结果表明，扩建填埋体沿新老场交界面的安全系数较低，在扩建填埋场的设计中应引起重视。另外，扩建填埋场的横向扩建宽度越大，则其界面安全稳定性越好。     

设垃圾坝卫生填埋场平移破坏的统一分析模型

 针对设垃圾坝卫生填埋场沿填埋场侧壁、底部及垃圾坝背部和沿填埋场侧壁、底部及垃圾坝底部这2种平移破坏模式,提出平移破坏的统一分析模型。该模型将滑移体分为主动、中间和被动3个楔体,通过对各个楔体的极限平衡分析,建立方程计算填埋场平移破坏安全系数。通过算例分析平均安全系数和真实安全系数的最大相对误差以及楔体间安全系数和整体安全系数的关系,并与未设垃圾坝和设垃圾坝,但只考虑单一破坏模式分析模型的计算结果进行比较,说明统一分析模型的正确性、可行性与兼容性。该模型既能考虑垃圾坝断面形状、垃圾坝背部与垃圾体作用力方向和复合衬垫系统界面的黏聚力等因素对平移破坏的影响,克服了有些模型对这些条件的限制;也能用于不设垃圾坝填埋场平移破坏分析。根据设垃圾坝填埋场平移破坏分析结果,还可对垃圾坝断面进行优化设计。     

2012年“华夏建设科学技术奖”获奖项目(三等奖) 生活垃圾卫生填埋场安全运营与节能减排技术集成及工程示范

一、立项背景卫生填埋作为生活垃圾最终处置的手段之一,在国内外占有重要的地位。我国南方多雨地区,城市生活垃圾填埋场渗滤液的产生量都较高,如果填埋场渗滤液导排系统在设计时对此问题考虑不够,或者填埋场渗滤液导排系统运行不稳定,都会导致填埋场内部渗滤液淤积。采用生物反应器填埋技术能够减少外排渗滤液量、缩短稳定化时间、增大填埋场利用率,国外已经开展了较     

垃圾填埋场多层复合衬垫的破坏面特征

多层土工合成材料复合衬垫的极限破坏面特性是垃圾填埋场稳定分析的重要问题,单一固定破坏面的观点已经被广泛接受。在多层土工合成材料复合衬垫的整体叠环式单剪试验后发现极限破坏界面并非单一固定,而是随着法向应力的变化发生由一个界面向另一界面转移,且在一定的法向应力范围内还可能同时出现两个具有相同剪切强度的极限破坏界面;多层土工合成材料复合衬垫中各层的剪切应力–位移曲线是硬化型的,衬垫系统的剪切强度总是低于极限破坏界面的剪切强度。试验结果表明,叠环式单剪仪能更正确和合理地模拟填埋场中的多层复合衬垫在加载过程中的实际剪切变形情况和复合衬垫中材料间的相互作用,从而能更好地揭示多层复合衬垫系统的整体剪切特性。     

某填埋场垃圾堆体边坡失稳过程监测与反分析

某填埋场是国内首批在场底铺设复合衬垫系统的大型卫生填埋场,该场垃圾坝前堆体边坡于2008年6月连续强降雨期间发生失稳事件。介绍该堆体边坡失稳过程的现场监测结果,包括坡面水平位移、深层侧向位移和渗滤液水位。基于监测数据,开展堆体边坡稳定性反分析工作,探讨复合衬垫系统界面抗剪强度取值方法,提出抽排竖井迫降水位、铺膜防渗等应急抢险措施。现场监测和理论分析结果表明:堆体边坡中高渗滤液水位是导致其失稳的关键因素,堆体边坡水平位移速率和渗滤液水位高度呈明显正相关关系;该堆体边坡失稳模式是沿场底复合衬垫系统中软弱界面的深层滑移;斜坡场底上复合衬垫系统在滑移过程中发生位移-软化效应,其界面强度介于峰值强度和残余强度之间;抽排竖井迫降水位是最直接、有效的应急抢险措施。     

垃圾坝和界面强度对填埋场沿底部衬垫系统滑动的影响

为研究垃圾坝和界面强度对填埋场沿底部衬垫系统滑动的影响,将填埋场分为主动楔体、被动楔体和垃圾坝3个部分,对其进行极限平衡分析,建立平衡方程,求解填埋场的安全系数。考虑条间力的变化,可以计算填埋场的最大安全系数FSmax和最小安全系数FSmin,并且采用平均安全系数FSave来代替真实安全系数FStrue。填埋场的安全系数随着垃圾坝高度和底部摩擦角的增加逐渐增大,如果不考虑垃圾坝的作用,填埋场的稳定计算偏于保守。具有最小安全系数的潜在滑动面并不能仅仅通过比较衬垫中不同界面的黏聚力和内摩擦角来确定,随着衬垫界面摩擦角和黏结力的增加,FSave都在逐渐增大,衬垫界面黏结力对填埋场的整体稳定性影响较大,尤其是对于摩擦角较小、黏结力较大的情况。     

垃圾填埋场沿底部衬垫系统破坏的稳定性分析

为研究垃圾填埋场沿底部衬垫系统破坏的稳定性,将填埋场分为主动楔体、被动楔体和垃圾坝三部分。对它们进行极限平衡分析,建立平衡方程,求解填埋场的稳定安全系数。考虑条间力的变化,可以计算填埋场的最大、最小安全系数Fmax和Fmin,采用平均安全系数Fave来代替真实安全系数Ftrue,研究发现,Fave和Ftrue的最大相对误差不超过5%。Fmax随着城市固体废弃物内摩擦角φsw的增加逐渐增大,而Fmin随着内摩擦角φsw的增大并不改变;Fmax、Fmin和Fave都随着垃圾坝高度H2和底部摩擦角δDA的增加逐渐增大,垃圾坝对填埋场的稳定性有较大影响。     

Geosynthetic liner integrity and stability analysis for a waste containment facility with a preferential slip plane within the liner system

The paper examines the effects of settlement-induced downdrag on geosynthetic liner systems for a waste containment facility with steep side slopes for different design scenarios, and conducts the stability analysis of the waste mass during waste filling operations. Without the presence of a reinforcing layer above a geomembrane (GMB) liner, the liner experiences unacceptable tensile strains under both short- and long-term downdrag waste settlements. It is shown that an anchored high strength/stiffness geotextile (HS-GTX) reinforcement over the GMB can reduce the GMB tensile strains to less than 3%, but the HS-GTX itself may be overloaded. A geosynthetic slip layer over the full or partial HS-GTX reinforcement overlying the GMB can reduce the tensile strains of the GMB to less than 3% and of the HS-GTX to less than 5% by providing a preferential slip plane between the geosynthetic slip layer and the HS-GTX. A rupture of the geosynthetic slip layer is likely to occur resulting in the exposure of the HS-GTX to the waste, but the protection of the GMB by the HS-GTX is still expected. The results from the stability analysis show that, during waste filling operations under a given factor of safety, there is a critical relationship between the width of the top of the waste pile and the total waste thickness.     

某垃圾填埋场污泥坑外涌及其引发下游堆体失稳机理

中国许多垃圾填埋场接纳高含水率的市政污水污泥，对填埋场运营构成了严重安全隐患。介绍某填埋场污泥坑上堆填垃圾过程中引发污泥外涌及下游堆体失稳事故，根据填埋场失稳破坏现象及事故前后下游堆体边坡中渗滤液水位和顺坡向位移监测结果，对堆体失稳的力学机理及失稳过程进行反分析。现场监测数据与堆体失稳分析结果表明：在未加固处理的污泥坑上堆填垃圾会显著降低下游垃圾堆体的稳定性。其力学机理：①流态状污泥将上覆垃圾荷载等量转化为对周围垃圾体的侧压力（对下游垃圾堆体为下推力）；②污泥受压挤渗入周边垃圾和衬垫系统中导致堆体抗剪强度降低。垃圾堆体中高液气压力是造成堆体失稳的重要内因，降低堆体中渗滤液水位可显著提高污泥坑下游堆体的稳定性，有效控制失稳堆体继续滑移。污泥坑加固处理后再堆填垃圾，可显著降低发生失稳和污泥外涌的风险。     

Evaluation of interface shear strength of composite liner system and stability analysis for a landfill lining system in Thailand

The paper presents the case history of laboratory evaluation of the interface shear strength properties of various interfaces encountered in a modern day landfill with emphasis on proper simulation of field conditions and subsequent use of these results in the stability analyses of liner system. Over 70 large direct shear tests were systematically conducted to evaluate the interface shear strength properties of composite liner system using project specific materials under site specific conditions, being used at non-hazardous and hazardous landfills project situated in Sa Kaeo Province, Thailand. The critical interfaces were located between the geotextiles and the smooth geomembrane (GM), the smooth GM and the geosynthetic clay liner (GCL), and the smooth GM liner and the compacted clay liner (CCL) with the interface friction angles ranging from 6.5° to 10.5° for dry conditions and 6.5° to 9.5° in wet conditions. The residual shear stress for these interfaces was attained at a displacement less than 4 mm. Three methods, namely, limit equilibrium method (LEM), limit method (LM), and the simple composite column (SCC) approach were used to evaluate the tensile loads induced in the geosynthetic components. The SCC approach proposed by Liu, C.N. [2001. Tension of geosynthetics material regarding soils on landfill liner slopes. Proceedings, National Science Council ROC(A), 25(4), 211–218] that takes into account the force equilibrium as well as displacement compatibility yielded satisfactory results. The factor of safety for geosynthetic components in the liner was found to be greater than 3.0 for both types of landfill.     

Numerical study of strain development in high-density polyethylene geomembrane liner system in landfills using a new constitutive model for municipal solid waste

Tensile strain development in high-density polyethylene (HDPE) geomembrane (GMB) liner systems in landfills was numerically investigated. A new constitutive model for municipal solid waste (MSW) that incorporates both mechanical creep and biodegradation was employed in the analyses. The MSW constitutive model is a Cam-Clay type of plasticity model and was implemented in the finite difference computer program FLAC?. The influence of the friction angle of the liner system interfaces, the biodegradation of MSW, and the MSW filling rate on tensile strains were investigated. Several design alternatives to reduce the maximum tensile strain under both short- and long-term waste settlement were evaluated. Results of the analyses indicate that landfill geometry, interface friction angles, and short- and long-term waste settlement are key factors in the development of tensile strains. The results show that long-term waste settlement can induce additional tensile strains after waste placement is complete. Using a HDPE GMB with a friction angle on its upper interface that is lower than the friction angle on the underlying interface, increasing the number of benches, and reducing the slope inclination are shown to mitigate the maximum tensile strain caused by waste placement and waste settlement.