填埋场垃圾体的安全稳定性分析

2024-05-03

填埋场垃圾体的安全稳定性分析（精选3篇）

篇1：填埋场垃圾体的安全稳定性分析

垃圾填埋场衬垫封盖系统稳定性实验方法研究

摘要：生活垃圾填埋场已经成为处理城市生活垃圾的一个重要手段,在修建过程中衬垫封盖系统的稳定性不可避免地成为一个需要解决的.问题,本文总结了国外学者研究的方法、手段和成果,为国内学者提供有价值的参考.作者：李志斌卢耀如徐超叶观宝 LI Zhi-bin LU Yao-ru XU Chao YE Guan-bao 作者单位：同济大学岩土工程重点实验室;同济大学土木工程学院地下建筑与工程系,上海,92 期刊：环境科学与技术 ISTICPKU Journal：ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY 年，卷(期)：2006, 29(8) 分类号：X705 关键词：衬垫封盖系统稳定性室内试验剪切强度

篇2：填埋场垃圾体的安全稳定性分析

攀枝花朱家包包铁矿垃圾填埋场上面覆盖的是排土场所废弃的岩石, 目前, 关于垃圾场对排土场稳定性及其治理方面的研究甚少, 本研究对此情况进行有关探索, 以期通过分析垃圾填埋对排土场的影响, 提出在治理相关危害方面的解决办法。

1 垃圾填埋场与排土场概况

攀枝花铁矿朱家包包排土场中的1185排土场及Ι土-5尾部1190排土场位于朱矿铁路排土场Ι土西南侧, 排土区域主要为朱矿铁路排土场下方3条主要沟谷及叫化沟。区内地势总体为北高南低, 地形起伏较大, 沟底到坡顶相对高差一般为60~100m。沟谷自然边坡坡度较陡, 一般为35°~45°, 沟床坡度较缓, 一般为6°~10°。区内大多基岩裸露, 局部有昔格达层及第四系坡残积物覆盖。

排土场地基的岩石主要由中生代的花岗闪长岩、三迭系砂页岩、第三系砂、泥质半成岩的昔格达层及第四系坡残积层。

排土场区内地质构造简单, 主要构造为倮果断裂带, 次级构造不发育。倮果断裂由于倾向与排土场边坡方向相反, 且倾角较大 (大于60°) , 对排土场稳定性影响不大。

排土场区域内的主要沟谷有叫化沟、道沟、田沟及夹皮沟, 叫化沟及夹皮沟有常年水流, 田沟有季节性水流。总体上讲, 排土场的山坡地形部位由于坡度陡, 渗透快, 水对土场稳定性影响较小;在土场的沟谷内由于地形较缓, 水流较慢水对边坡稳定性影响相对较大。

排土场区发育的含水层主要为三迭系砂页岩含水层及第四系沉积物含水层, 含水层均较差, 且均不具承亚性, 其补给来源主要为大气降水。地下水量、水位的变化均受降雨量的控制。

本区属于山地谷地亚热带半干燥气候, 每年6~l0月为雨季, 其降雨量为全年降雨量的92%。据有关气象资料显示[1], 该地区1982~1987年年降雨量594~938mm, 平均为768mm, 最大月降雨量291mm.最大日降雨量为159mm。年平均燕发量2400~2900mm, 年平均相对温度55%~60%, 年平均气温18.8℃~22℃最高38℃, 最低5.4℃, 昼夜温差为11℃~15℃。区内能较好地排泄区内地下水和大气降水。区域上处于SN向地震带 (鱼蚱地震带) 与NW向地震带 (华坪地震带) 之间, 属七度地震区。历史上发生地震较多, 共有29次5级以上地震。

排土场下面填埋垃圾, 上面用于排土。该排土场最高点海拔标高1555m, 最低点海拔标高1233.2m, 相对高差59.2m。排土场设计总容量为28.84×108m3, 分为八个台阶 (从1540~1435m) , 每个台阶15m。

2 垃圾填埋场与排土场的边坡稳定性

垃圾填埋场与排土场边坡稳定性研究的一个重要方面是降雨入渗对边坡稳定性的影响。多年来, 国内外学者对填埋场边坡稳定问题进行了许多研究工作, 取得了显著的成果。Soong T.Y.等于1996年研究了渗流作用下封盖边坡坡角、坡长、封盖土体的内摩擦角及封盖土厚度对坡体稳定性的不同程度的影响;Thiel R.S.和Stewart M.G.于1993年提出了考虑坡角不同渗透性的封盖边坡稳定分析;Giroud J.P.等于1995年研究了封盖系统界面摩擦角在渗硫作用下对封盖土坡稳定的影响。国内王协群于2004年采用渗流作用下的极限平衡分析法对填埋场封盖土坡稳定进行了分析计算。刘晓立等人从降雨渗流作用下研究了垃圾填埋场堆体稳定性[2]。

大部分垃圾填埋场边坡失稳出现在降雨后。持续一定时间作用于边坡坡面的强降雨, 一部分从边坡表面流失, 造成垃圾堆体坡面的局部冲刷, 进一步影响边坡的整体稳定性;另一部分雨水通过渗透进入垃圾堆体, 使垃圾土强度降低, 同时产生一定时期的渗流力。强度降低和渗流力两者的共同作用使边坡产生破坏[2]。

攀枝花朱家包包铁矿垃圾填埋场上面覆盖的是排土场, 由于排土厚度较少, 一般只有2m左右, 故计算安全系数时将排土厚度看成垃圾厚度。垃圾体边坡抗滑稳定允许的最小安全系数值, 按有效应力法取静力稳定=1.6。

攀枝花朱家包包铁矿垃圾填埋场与排土场布置示意图如图1所示。垃圾土的天然密度p=10.8kN/m3, 天然含水量=56.5%, 饱和密度=14.1kN/m3。内聚力:埋深0~5m, c1=8.02kPa;5~15m, C2=15.32kPa;15~25m, c3=26.84kPa。内摩擦角=170。渗流的渗透坡降取i=0.035。验算以下三种情况在各工况下的垃圾堆体边坡稳定性。

情况Ⅰ:不考虑渗流力的作用。

情况Ⅱ:考虑渗流力的作用。

每种情况均考虑以下两种工况:

工况1:放坡系数为1:2.5时, 填埋高度分别为20m、25m、30m、35m、40m。

工况2:填埋高度为40m时, 放坡系数为1∶1, 1∶2.0, 1∶2.5。

情况Ⅰ各工况计算结果见表1。情况Ⅱ各工况计算结果见表2。

攀枝花朱家包包铁矿填埋场垃圾填埋深度一般在20m以下, 两种情况的安全系数>1.6, 故填埋场是安全的。

3 垃圾填埋场的再利用

随着人口的增多和居民生活水平的提高, 垃圾量的增加, 垃圾填埋将占用越来越多的土地资源。据不完全统计, 全国历年的垃圾存量已达到60多亿吨, 侵占土地面积多达5亿m2, 国内200多个城市已陷人垃圾包围之中, 垃圾散发的气味严重影响了周围居民的健康。采用排土掩埋垃圾的方式既能有效利用这一庞大的土地资源, 又能解决垃圾产生的环境问题。

已封闭的填埋场是可以再利用的。随着城市规模的不断扩大, 建在城市近郊垃圾填埋场也将逐渐被新兴的工业民用建筑所包围, 其土地利用价值将进一步提高, 封场之后的填埋场经安全防范处理后可用于种植各类经济林木, 可改造为种植浅表作物的良田, 也可用作兴建各类厂房、停车场、公园、娱乐场、高尔夫球场、足球场等。

4 结语

攀枝花朱家包包铁矿垃圾填埋场上的排土场是安全的。攀枝花朱家包包铁矿填埋场垃圾填埋深度一般在20m以下, 两种情况的安全系数>1.6, 故填埋场是安全的。

无论堆体在何种受力情况下, 随着堆填高度的增加, 安全系数均下降。在填高20m时, 安全系数降低比例最小。除垃圾堆坡降较陡的1∶1.0及1∶1.5的边坡外, 只有当降雨达到一定的强度, 雨水对边坡形成一定的渗流力时, 在一定持续的雨水作用下, 边坡才有可能发生滑坡的可能。

随着放坡系数由l∶2.5加陡至1∶1, 安全系数在逐渐减小。各放坡系数所对应的安全系数比较安全 (除较陡边坡外) , 表明降雨强度不大、未达到一定持续的雨水均不会对垃圾边坡构成危害。

采用排土掩埋垃圾的方式既能有效利用这一庞大的土地资源, 又能解决垃圾产生的环境问题。封场之后的垃圾填埋场经安全防范处理后可用于种植各类经济林木, 可改造为种植浅表作物的良田, 也可用作兴建各类厂房、停车场、公园、娱乐场、高尔夫球场、足球场等等。

参考文献

[1]潘建平, 黄润秋, 许强.攀枝花露天矿排土场边坡稳定性的三维数值模拟研究[J].成都理工学院学报, 2002, 6:329～333.

[2]刘晓立, 史书阁, 朱春英.降雨渗流作用下垃圾填埋场堆体稳定性研究[J].华东科技大学学报, 2007, 1.

[3]张澄博, 孔德坊, 张莲花.成都市长安垃圾填埋场地质特征及其防渗意义[J].地质灾害与环境保护, 1998, 9 (1) :17～21.

[4]黄邦国.高台阶排土在兰实铁矿的应用[J].金属矿山, 2002, 2:22～24.

篇3：填埋场垃圾体的安全稳定性分析

一、生活垃圾填埋场物料和能源消耗

北京市生活垃圾转运站有9座，其中3座具备分选功能，大约50%的生活垃圾经分选处理。生活垃圾填埋场中有一座仅处理生活垃圾焚烧炉渣，一座以处理来自转运站的筛下物为主，其余以处理原生生活垃圾为主。填埋物以原生混合垃圾为主，其中厨余垃圾约59%、塑料约17%、纸类约15%、木竹2.5%和无机物等，因此生活垃圾填埋场主要排放物为渗滤液和填埋气。

图1（见下页）是北京市生活垃圾填埋场清洁生产图。从图中可以看出，生活垃圾填埋场主要包括填埋区、污水处理厂和填埋气处理厂三个功能区，处理物料为垃圾，输入为能源、资源和材料，输出的为综合利用产物（中水、天然气和电能）以及废液、废气等污染物。虽然填埋气发电项目已经纳入清洁生产发展机制，但是并没有普及，清洁生产的理念并没有全面引入北京市生活垃圾生产管理中，该行业的清洁生产潜力较大。

二、能源、资源消耗及节约

（一）能源消耗及节约

生活垃圾填埋场的能源消耗主要为燃油（汽油、柴油）和电力。燃油消耗主要用于推土机、压实机、作业车和移动泵等，主要耗电系统是渗滤液收集处理系统、填埋气收集系统。填埋场能耗与主要的工艺和设备类型密切相关，选用先进的工艺和节能设备是节能的重要环节。能耗与污染物排放量要求有关，污染物排放要求越严格、工艺越复杂、处理越彻底，相应地能耗就越高。设备的完好程度也是能耗的关键因素，填埋场内应加强设备维护管理制度，提高设备利用率和使用寿命。因此，先进的生产工艺、有效的节能措施、完善的设备维修制度是清洁生产的重要内容。清洁生产对于能源消耗方面的要求不仅包括常规能源的节约高效，还应涉及清洁能源的利用和新能源的开发利用，可以开展填埋场甲烷、太阳能、风能利用等技术，替代传统能源。

（二）资源消耗及节约

生活垃圾填埋场的资源消耗主要包括素土、新鲜水、渗滤液、填埋气导排用管道、场底防渗材料、覆盖膜等。素土主要用来填埋堆体的筑坝、修路、覆盖，北京的素土资源稀缺，应该考虑替代材料或选用新的工艺以减少素土的消耗量。如，阿苏卫填埋场尝试用垃圾筑坝替代黄土筑坝，不仅节约素土资源，而且节约了填埋场的库容量，增加了填埋场寿命，值得推广。另外，用渣土取代素土覆盖、垃圾堆体喷涂或用膜覆盖等方法，也可以减少素土使用量。在填埋场，新鲜水主要用于清洁和渗滤液处理配药。再生水可以替代大多数的清洁用水，雨污分流所收集的雨水也可以回收利用，是节约用水的重要途径。物资消耗与工艺相关，选用先进、节约、高效的工艺是节约物资的主要途径，完善的物资管理制度和规范的作业制度也是节约物资的重要途径。

三、污染物排放及控制措施

（一）渗滤液控制和处理措施

渗滤液组分复杂，含有多种有机物、重金属、病毒、细菌等有毒、有害、恶臭的物质，对地表水、地下水、土壤、大气和生态环境具有潜在威胁，是垃圾填埋场的主要污染物之一。生活垃圾中约含40%～60%的水份，在降解过程中会以内流水的形式渗滤出来，降水和地表水渗入等外来的水份加入，使用期的渗滤液产量为日处理量的30%左右[1]。

填埋场底部和周边铺设低渗透性材料作防渗层，可以有效地防止垃圾渗滤液污染物向填埋场周边的土壤和水体扩散。防渗材料一般有天然粘土、膨润土、土工膜、高密度聚乙烯（HDPE）膜等。上世纪90年代后修建的生活垃圾填埋场都采用复合防渗层，其中包含2.0mm厚度的高密度聚乙烯（HDPE）膜，其防渗和抗压性能较好。及时导排渗滤液有利于有机物降解、有利于产生填埋气、有利于填埋场的稳定性[2]，因此填埋场渗滤液收集情况应该成为清洁生产的一个重要因素。

渗滤液经过生化+纳滤+反渗透等处理系统回收其中的水分，其回收率大约为50%。渗滤液浓缩液的处理是垃圾处理中的难点，大多数重新回灌到垃圾堆体之中。渗滤液处理效果应该成为清洁生产的一个重要内容。渗滤液集液池和调节池是恶臭气体的主要散发地之一，应当对其进行密闭，集中收集处理恶臭气体，缓解填埋场恶臭污染。

雨污分流的重点在于阻碍雨水进入垃圾堆体以减少渗滤液产量。渗滤液产量随季节差别明显，夏季垃圾含水量较多，渗滤液产量较高，如果没有雨污分流措施拦截雨水，雨水深入垃圾堆体使得夏季渗滤液产量猛增，给渗滤液导排处理带来困难。现有的密闭化填埋场，非工作面采用聚乙烯膜密闭，拦截了绝大多数的雨水，减少了渗滤液产量。而且，雨污分流措施可以防止填埋场污染物被雨水带走，减少污染风险。雨污分流措施是生活垃圾填埋场渗滤液减产的重要措施，也是污染物控制的重要措施，因此是清洁生产的重要内容。

（二）填埋气控制和处理措施

在填埋场的垃圾堆体内，生活垃圾中约70～80%的有机物质发生降解，据估计，每吨生活垃圾大约可产生64～440立方米填埋气[3]。填埋气中约含甲烷60%、二氧化碳40%和少量的氢气、氨、硫化氢、氮氧化物等有毒有害的恶臭气体，会对环境空气造成污染，影响周边居民的正常生活。甲烷含量过高有可能引起爆炸，甲烷和二氧化碳都是窒息性气体、温室气体，同时甲烷又是清洁能源之一，因此，填埋气不加处理利用而直接排放的粗放式运行方法，不仅污染环境而且浪费资源。

传统生活垃圾填埋场在垃圾堆体中建设石笼对填埋气进行导排，但是没有对填埋气的污染进行控制，填埋气直接排放大气中。目前，北京市的生活垃圾填埋场进行了全密闭工程的改造，填埋气的收集率大约为90%，填埋气收集利用不仅控制了填埋气污染，而且降低了二氧化碳排放量，达到了“节能减排”的目的。小型的生活垃圾填埋场推进密闭化技术比较困难，可以采取减少甲烷排放技术、除臭技术等控制填埋气的污染。

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但是填埋场的作业过程仍然处于露天状态，作业面仍是填埋场主要的恶臭污染源之一。安定填埋场应用密闭式空气支撑膜结构，将传统的露天作业模式转变成为新型的密闭作业模式，不仅对填埋过程中散发的恶臭气体进行控制，而且能够更有效地实现雨污分流。但是密闭式空气支撑膜的投资运行费用太高、作业环境恶劣，限制了该技术的应用。

控制进场垃圾成份和进场垃圾数量是生活垃圾填埋场减少能源和资源消耗、控制渗滤液和填埋气污染的根源，因此生活垃圾填埋场“清洁生产”应从源头抓起，减少进场垃圾中有机物含量，全面实施分类收集、分类处理：一是对可循环利用的成份进行回收，二是分流有机可堆腐成分进行生化处理，以实现垃圾减量和资源化。控制进场垃圾总量，使得处理量与设施能力相匹配，优化设施运行环境，提高效率，达到节能的目的。

四、综合利用

渗滤液中约95%为水份，通过污水处理系统，回水率大约为50%，这些中水大多用于填埋场保洁。提高渗滤液处理设施的回水率是渗滤液资源化的基础，拓展中水的使用范围和应用途径是中水综合利用的重要内容。渗滤液含有丰富的腐殖酸，这些成分的提取、利用也是渗滤液综合利用的重要课题[4]。雨污分流措施所收集雨水的综合利用也是节约用水的重要途径。

填埋气的主要成分是甲烷和二氧化碳，所收集的填埋气经处理后发电，不仅创造了经济价值，而且控制了填埋气污染，降低了二氧化碳排放量。有两项填埋气发电项目已纳入清洁发展机制（CDM）。但在填埋气的回收利用项目中，其他气体的开发利用也不应忽视。

生活垃圾填埋场运行过程消耗大量的水土资源、药品、覆盖材料、道路修筑材料，这些物资的多层次循环利用是降低填埋场运行成本的重要途径。生活垃圾填埋场封厂之后，经过几十年降解达到稳定，填埋场中的腐殖土是改善土壤的天然材料，具有综合利用的潜力[5]。

填埋场可利用的资源还包括闲置土地和空间[6]，可以种植绿化植物或功能植物，改善环境，提高绿化面积，提高土地的使用价值。

五、结论

综上所述，生活垃圾填埋场开展“清洁生产”具有重要意义和较大潜力，北京市生活垃圾填埋场应从以下几方面进行“清洁生产”：

1.控制进场垃圾的成份和数量，应分类收集、分类处理，减少生活垃圾中有机物含量，以实现垃圾“减量化”和“资源化”，优化生活垃圾填埋场的规模和负荷率，提高处理效率。

2.应在生活垃圾填埋场推广先进工艺，选用节能设备，规范作业制度，完善设备维护制度，提高设备的利用率和使用寿命，保证设备完好率和负荷率，以减少能源、资源、材料消耗；应当把“降耗”和“减排”的限定标准设定在合理的范围内。

3.生活垃圾填埋场应采取有效的污染物控制措施，建设适宜的场底防渗层，改善渗滤液和填埋气的控制技术，提高渗滤液和填埋气的收集率、处理率，以减小污染排放量；采取有效的雨污分流措施，以减少渗滤液产量和污染排放量。

4.应在生活垃圾填埋场开展综合利用，通过利用填埋气发电，使用中水、雨水替代新鲜水等措施提高回收、减少投入；应多方面开展渗滤液、填埋气的多种利用途径，提倡生产物资循环利用；推进腐殖土的综合利用，重视闲置土地和空间的合理利用。

参考文献：

[1]刘东、喻晓、罗毅、孙建亭，等.城市生活垃圾填埋场渗滤液特性分析[J].环境科学与技术，2006（29） 6：55-57.

[2]张小东.关于城市生活垃圾填埋场填埋气体的产气影响因素探讨[J].环境科技，2008（21）5：21-25.