摘要:襄樊市洪山头垃圾填埋场投资和建设周期均受控于压实粘土坝和渗滤液与沼气收集系统两个关键因素,技术难度大。基于有限元分析结果确定土坝边坡的最佳坡度,采用土工格栅加筋土和包裹式坡面结构新技术加固坝体边坡。介绍一种收集管设置在砾石盲沟内的渗滤液与沼气收集系统,该系统的渗滤液收集和防淤塞能力强,可有效防止收集管弯曲和断裂。
关键词:垃圾填埋场;设计;渗滤液和沼气收集系统;粘土坝;有限单元法
襄樊洪山头垃圾填埋场场址地貌为自南向北的半开敞式凹地,有利于垃圾采用斜坡堆积方式填埋,但需沿开敞面修筑粘土坝,与周围山体形成完全封闭的填埋场区,尽量使所处置的垃圾与生态环境相隔离。场地四周地层为不含水的非透水或微透水层,无裂隙发育,因而垃圾渗滤液不易外排造成污染。表层粘土层除沟谷外均大于3m,场地在揭露深度内未见地下水存在。区域水文资料表明,场区地下水位距地表40m以下,这些均构成了良好的天然屏障。发达国家在设计填埋场时,往往采用多屏障的概念,即充分利用天然屏障,并设计了材料昂贵和结构复杂的人工屏障[1]。
垃圾渗滤液多采用管道系统收集,由于其中含有大量的颗粒悬浮物,极易堵塞管道收集孔而造成收集系统失效。可采用两种防堵塞措施[2]:一是在收集管上部铺设一定厚度的砾石层,形成整体铺垫;二是对所有收集管采用大直径的石笼包裹。两者的设计标准非常高。从目前国内已建成的部分填埋场运行情况来看,该项设计与国外有较大差距[3]。本文以洪山头垃圾填埋场为例,总结粘土坝的设计与加固经验,提出收集和防淤塞能力强的渗滤液与沼气收集系统。
1土坝的稳定性研究
1.1稳定性分析方法选择
总体考虑场区地形地貌,以填埋场西侧山脊一条废弃公路标高作为压实粘土坝的坝基设计标高,坝高22.4m,坝顶标高106m,宽8.0m,坝顶兼作垃圾运输道路。垃圾最大填埋标高131.0m,垃圾填埋体坡度1∶3。
设计中预先考虑选择1∶1和1∶2两种坝体坡度,曾采用工程习用的圆弧法计算土坡安全系数,结果表明两种坝体及坝基的整体稳定性良好。圆弧法由于假设土体沿着一定的滑移面滑动作极限平衡分析,整个滑动土体是理想的刚性体,因而不能分析土坡的局部稳定性。鉴于此,本文采用了非线性的有限元法分析方法。该方法可将复杂的弹塑性应力-应变关系纳入到土坡的变形和稳定计算中去,并可求得坡内各处的应力-应变大小和塑性区分布,因而可用来分析土坡内局部应力和变形发展而导致的局部失稳过程。
1.2有限元模型和材料参数
依据垃圾填埋区钻探结果建立有限元计算模型。模型边界上部取至垃圾填埋体顶,下部取到坝基以下20m深部位,分别对两种坡度坝体的强度和稳定性作有限元分析比较。有限元模型以坝体剖面为对象,对坝体纵向单位厚度的坝体单元建立三维有限元网格,但沿单位厚度方向施加位移约束,使之成为二维平面应变分析模型。模型中各材料类型和有限元网格如图1所示,共409个三维8节点单元,904个节点。计算程序为NLASFRC非线性有限元程序[4],坝体、坝基土体和垃圾填埋体均采用Mohr-Coulomb破坏准则。模型中材料的有关物理力学参数见表1,采用了有关试验成果[5]。分析成果包括坝体和坝基土体的应力、应变和塑性区分布等。
表1模型材料参数
1.3结果与分析
垃圾填埋至最大标高工况下,有限元分析计算表明:两种坝体的塑性区分布均埋藏在坝基深处,土坝的整体稳定性良好。限于篇幅,仅给出两种坡度的坝体和坝基内的最大剪应力大小和分布如图2所示,显示了坡度1∶2的坝体无剪切破坏;坡度1∶1的坝体在背离填埋场一侧,从坝趾至约1/4坝高的范围内应力值较高,可能发生局部拉伸破坏,但剪切达极限状态单元未形成滑移线,坝体不会失稳。考虑经济目的,减少土方量并最大限度减少占地,设计选择坡度为1∶1的坝体方案,但坝趾局部拉应力过大区域需采取加固措施以防开裂。
2坝体局部加固设计与处理
2.1加固设计
坝体在背离填埋场一侧,从坝趾至1/4坝高范围内的加固采用土工格栅加筋土。根据弹性力学楔型体受力分析,坝体填土作用在坡面上的作用力为
E=Kγz (1)
式中:γ——填土重度;
z——填土高度;
K——水平侧压力系数。
其中:
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2021-08-18
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