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1、老 港 填 埋 场 的 稳 定 性 三 维 数 值 模 拟 分 析席 永 慧 * 熊 浩( 同 济 大 学 建 筑 工 程 系 ， 上 海 20092)摘 要 填 埋 场 的 稳 定 性 决 定 着 填 埋 场 的 使 用 年 限 和 填 埋 废 弃 物 的 数 量 。 上 海 老 港 填 埋 场 的 5 8 号库 区 填 埋 的 为 固 化 污 泥 ， 周 围 以 垃 圾 土 坝 围 护 。 在 对 老 港 填 埋 场 稳 定 性 进 行 分 析 时 ， 没 有 采 用 常 用 的 极 限 平 衡 法 ， 而 是 采 用 FLAC3D 软 件 对 填 埋 场 进 行 了 三 维 数 值 模
2、拟 分 析 。 根 据 现 场 和 室 内 试 验 得 到 的 各 类 土 的 物 理 力 学 性 能 指 标 数 据 ， 在 模 拟 过 程 只 考 虑 自 重 应 力 ， 得 到 了 填 埋 场 的 应 力 和 位 移 情 况 以 及 安 全 系 数 。 模 拟 结 果 表 明 : 库 区 的 潜 在 滑 动 面 在 垃 圾 土 坝 底 面 的 一 定 范 围 内 ， 垃 圾 坝 正 好 处 在 滑 移 面 以 上 ; 垃 圾 土 坝 的 坝 底 和 坝 顶 的 位 移 相 对 较 大 ; 垃 圾 坝 的 稳 定 性 较 好 ， FLAC3D 计 算 的 安 全 系 数 为2 72。 通
3、过 对 比 可 以 看 出 ， FLAC3D 在 分 析 稳 定 性 方 面 具 有 一 定 的 优 势 ， 能 够 克 服 传 统 方 法 在 分 析 类 似 填 埋 场 稳 定 性 的 局 限 性 。关 键 词 垃 圾 坝 ， FLAC3D， 稳 定 性 分 析 ， 填 埋 场Study on Stability of Laogang La ndfill by Using 3DNumerical SimulationXI Yonghui* XIONG Hao( Department of Building Engineering， Tongji University， Shanghai 2
4、00092， China)Abstract The stability of the landfill decides its service life and the quantity of waste which it could containThe NO 5 to 8 reservoir regions of Shanghai Laogang landfill， which are enclosed by gravity waste dam， are filled with sewage sludge which had already been solidified The limi
5、t equilibrium method was not used during the process of the calculation， and the stability of the landfill was simulated and analyzed on the three dimension by using FD software， FLAC3D， with the indexes of physical and mechanical properties of soil extracted from the field tests and indoor tests Du
6、ring the numerical simulation， gravity stress was only taken into account According to the simulation， the stress and displacement diagrams were yielded The results of the numerical simulation showed that latent sliding surface is under the waste dam， and the dam is just above the latent sliding sur
7、face The displacement values of the dam top and dam base are large The results also showed that the stability of the waste dam is good， and the FOS is 2 72 according to the results of simulation By comparison analysis， it could be concluded that the limitations could be overcome by the usage of FLAC
8、3D when the similar landfills stability is analyzed The software， FLAC3D， has its own advantagesK eywords waste dam， FLAC3D， analysis of stability， landfill也 逐 渐 增 多 、 填 埋 场 失 稳 现 象 逐 渐 增 多 。 1996年 ， 美 国 俄 亥 俄 州 辛 辛 那 提 发 生 了 历 史 上 最 大 的 填 埋 场 滑 坡 ， 大 约 120 万 m3 的 废 弃 物 失 稳 滑 动 1 。 自 此 ， 填 埋 场 的 稳 定
9、 日 益 受 到 各 国 有 关 部1 引 言随 着 城 市 垃 圾 废 弃 物 的 增 加 ， 填 埋 场 的 数 量收 稿 日 期 : 2011 04 13基 金 项 目 : 上 海 市 城 乡 建 设 和 交 通 委 员 会 项 目 ( 重 科 : 2008 006) ; 国 家 自 然 科 学 基 金 青 年 基 金 项 目 ( 50708079)* 联 系 作 者 ， Email: xiyonghui sohu com 结 构 分 析 结 构 工 程 师 第 27 卷 第 5 期 79门 的 重 视 。 在 填 埋 场 中 ， 垃 圾 坝 一 般 是 用 来 增 加固 体 废 弃 物
10、 堆 积 体 稳 定 性 的 。 如 果 垃 圾 坝 失 稳 ， 那 么 废 弃 物 堆 积 体 的 稳 定 性 会 受 到 比 较 大 的 影 响 ， 甚 至 会 出 现 废 弃 物 大 体 积 滑 移 的 情 况 。 国 内 的 学 者 在 分 析 垃 圾 坝 和 废 弃 物 堆 积 体 的 稳 定 时 ， 主 要 使 用 的 是 极 限 平 衡 法 ， 然 而 在 国 外 对 固 体 废 弃 物 堆 积 体 的 稳 定 性 分 析 ， 已 经 使 用 SLOP / W， FLAC2D， FLAC3D 等 软 件 对 填 埋 场 中 废 弃 物 堆 积 体 的 稳 定 性 进 行 模 拟
11、， 如 Michael J Burlingame 等 使 用 FLAC2D 对 新 泽 西 东 北 部 的 一 个 填 埋 场 的 废 弃 物 堆 积 体 的 稳 定 性 进 行 了 分 析 7 。使 用 有 限 单 元 法 分 析 稳 定 性 的 有 如 下 优 点 8 : 不 需 要 提 前 假 设 滑 移 面 的 形 状 和 位 置 。 滑 移 会 “ 自 然 地 ” 发 生 在 抗 剪 强 度 不 能 抵 抗 剪 切 应 力 的 区 域 ; 由 于 在 有 限 单 元 法 中 不 用 进 行 边 坡 分 条 ， 所 以 不 存 在 每 个 分 条 的 相 互 影 响 。 有 限 单 元
12、 法 保 持 整 体 平 衡 直 至 破 坏 。有 限 元 分 析 方 法 中 采 用 的 是 小 变 形 理 论 ， 但 对 于 垃 圾 土 来 说 ， 其 变 形 相 对 于 普 通 土 来 说 要 大 得 多 。 相 对 于 有 限 单 元 法 ， 基 于 有 限 差 分 的 快 速 拉 格 朗 日 法 在 解 决 大 变 形 问 题 具 有 明 显 的 优 势 ， 它 是 在 较 好 地 吸 收 有 限 元 法 的 优 点 和 克 服 其 缺 点 的 基 础 上 形 成 的 一 种 数 值 分 析 方 法 。 在 数 值 模 拟 过 程 中 ， 采 用 了 强 度 折 减 理 论 ，
13、不 仅 能 得 到 边 坡 的 安 全 系 数 ， 而 且 能 够 确 定 最 危 险 滑 移 面 。 与 极 限 平 衡 法 不 同 ， 强 度 折 减 法 确 定 的 最 危 险 滑 移 面 往 往 不 是 一 条 可 以 用 简 单 函 数 描 述 的 曲 线 ， 而 是 一 条 具 有 一 定 宽 度 的 滑 移 带 ， 这 与 实 际 情 况 吻 合 11 。在 对 填 埋 场 的 稳 定 性 分 析 中 ， 大 多 数 采 用 的 是 2D 形 式 ， 采 用 3D 形 式 的 比 较 少 。 老 港 填 埋 场5 8 的 库 区 与 普 通 的 填 埋 场 不 同 ， 为 污 泥
14、 库 区 ，污 泥 堆 积 高 度 比 围 护 的 垃 圾 坝 略 低 ， 所 以 不 存 在固 体 废 弃 物 堆 积 体 稳 定 性 问 题 ， 若 所 以 极 限 平 衡 法 不 能 直 接 对 此 库 区 的 稳 定 性 进 行 估 算 ， 并 且 采 用 极 限 平 衡 法 进 行 分 析 ， 其 分 析 只 能 粗 略 地 估 算 填 埋 场 的 安 全 系 数 ， 分 析 不 够 全 面 。 同 时 ， 此 库 区 的 稳 定 性 主 要 由 其 围 护 的 坝 体 的 稳 定 性 决 定 ， 若 按 照 重 力 式 挡 土 墙 对 垃 圾 坝 的 稳 定 性 进 行 分 析 ，
15、 其 结 果 的 准 确 性 不 能 保 证 。 本 文 采 用 FLAC3D 软 件 对 库 区 进 行 稳 定 性 数 值 模 拟 分 析 。 由 FCAC3D 得 出 的 垃 圾 坝 的 剪 应 变 增 量 等 值 图 、 位 移 图 、 位 移 矢 量 图 等 ， 通 过 得 到 这 些 图 ， 可 以 更 加 明 了 地 对 垃 圾 坝 和 库 区 的 稳 定 性 进 行 分 析 。工 程 概 况2上 海 老 港 垃 圾 填 埋 场 位 于 上 海 老 港 区 ， 5 8号 为 污 泥 库 区 ， 南 北 长 530 m， 东 西 方 向 宽 400 m，2约 为 210 000 m
16、 。 在 库 区 内 以 东 西 走 向 分 别 设 置两 条 通 道 ( 内 坝 ) ， 污 泥 库 区 的 四 周 建 造 以 垃 圾 土 为 主 要 填 充 物 通 过 推 土 机 械 分 层 碾 压 成 垃 圾 土 坝 。 填 埋 场 的 地 质 情 况 : 库 区 下 面 为 压 实 垃 圾 ， 厚 度 为 4 m 左 右 ， 再 下 面 为 天 然 黏 性 土 ， 坝 体 内 倾 倒 的 固 化 污 泥 为 6 6 5 m， 最 后 在 污 泥 土 上 方 覆 盖 一 层 约 1 m 的 粉 质 黏 土 封 顶 。 由 于 填 埋 场 内 填 埋 的 都 是 垃 圾 废 弃 物 ， 如 果 维 护 坝 体 或 垃 圾
