土木与环境工程的史册

ISSN:2574 - 0350

评论文章

使用土工合成材料在固体废物填埋场设计:回顾合成相关的稳定性问题

林赵¹马和卡里姆^{2 *}

¹研究生,土木及结构工程学系、肯尼索州立普遍性玛丽埃塔校园,1100年南玛丽埃塔百汇,玛丽埃塔,30060年,格鲁吉亚
²副教授和助理系主任,土木及结构工程学系、肯尼索州立普遍性玛丽埃塔校园,1100年南玛丽埃塔百汇,玛丽埃塔,30060年,格鲁吉亚

*通信地址:卡里姆,副教授和助理系主任,土木及结构工程学系、肯尼索州立普遍性玛丽埃塔校园,1100年南玛丽埃塔百汇,玛丽埃塔,格鲁吉亚30060,电话:470-578-5078;电子邮件:mkarim4@kennesaw.edu;makarim@juno.com

日期:提交:2018年6月11日;批准:2018年6月21日;发表:2018年6月22日

本文引用:赵L,卡里姆。使用土工合成材料在固体废物填埋场设计:回顾合成相关的稳定性问题。安民事环境Eng。2018;2:006 - 015。DOI:10.29328 / journal.acee.1001010

版权许可:赵©2018 L,等。这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的金博宝app体育,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。

关键词:土工合成材料;固体废物填埋;边坡破坏;边坡稳定性;抗剪强度;触发原因

土工合成材料中最常用的固体废物填埋场保护地表水和地下水由于其多种功能,良好的水力特性,易于安装和成本节约[1]。用于垃圾填埋场合成包括非织造土工布、编织土工布,土工格栅、土工膜,geocells,合成粘土衬垫(GCL),地理网,geocomposite,等等,每个类型合成作为特定功能。垃圾填埋场的功能,系统可以合成分离、排水、过滤、水力屏障,气体屏障,保护[1]。表1总结了合成类型及其功能,图1展示了他们在垃圾填埋场的使用。土工膜、GCL、geopipe和土工布更常用的土工合成材料在垃圾填埋场应用地理网,geocomposite,土工格栅使用一个较小的程度上[1]。

而合成系统提供了巨大的经济和技术优势传统衬垫,这可能会产生稳定的问题,甚至导致填埋场失败如果设计不当和/或构造。最重要的一个问题与土工合成材料的使用垃圾填埋场衬里是他们的稳定性。这就变成了一个非常重要的问题,越来越多的垃圾填埋场设计和建造一个小足迹和陡坡需要适度提高能力[3]。已经有大量垃圾填埋场与合成系统的失败。例如,刚和宋子文[4]报道5失败的垃圾填埋场,土工膜衬垫与数量从60000年到1200000立方米。这些垃圾填埋场失败导致戏剧性的对环境的破坏,导致诉讼和罚款。五个失败场景presenmted如图2所示。在这方面,评价合成相关的稳定性是一个关键考虑垃圾填埋场设计、构建和操作。因此,这种审查论文而言失败机制,剪切优势,触发因素geosynthetic-lined填埋失败和设计标准。

垃圾填埋场边坡破坏机制

垃圾填埋场边坡破坏可以分为两大类型:旋转和转化失败。转化失败在土工合成材料而旋转的填埋失败是更常见的在垃圾填埋场土工合成材料。这是因为geosynthetic-geosynthetic接口、内部gcl geosynthetic-waste接口和geosynthetic-soil界面剪切强度较弱,比浪费材料和基础土壤,因此代表弱平面失败表面在垃圾填埋场,垃圾填埋场的下滑可能发生[5]。垃圾填埋场的土工合成材料含有相对统一的材料没有普遍走弱平面表面。转化失败往往发生在不同的材料涉及而旋转的失败往往发生在一个相对统一的材料[5]。图3给出了平移失败geomembrane-geotextile接口的接口,geotextile-geomembrane接口,gcl和geomembrane-waste。

转化失败的填埋土工合成材料可以进一步分为深层转化失败和浅转化失败。根深蒂固的转化发生故障时沿土工合成材料作为底衬管或内部的斜率。浅转译发生故障时沿土工合成材料放置在最后的支付系统。所有故障在图3中是根深蒂固的。图4,图5显示浅平移斜率失败在最后覆盖系统。根深蒂固的转化涉及浪费而浅的运动转化失败通常涉及覆盖的运动系统,可以用更少的努力被修复比深层转化失败。此外,根深蒂固的转化失败带来了更多的对环境的破坏,导致显著的成本来修复。

理查森等。[9],报道一个浅平移滑动发生在one-six-hare最终覆盖工程建设。的边坡滑坡发生倾斜在14度是1 v: 4 h(1垂直和4水平),斜率是60英尺高,没有凳子。覆盖系统由表土、营养土、排水砂、聚氯乙烯(PVC)、土工膜、GCL、气体减压系统从上到下。覆盖系统的故障发生时排水砂层。上面的沙子土工膜和土工膜移动下坡的沿土工膜/ GCL接口[9]。封面的结合引起的系统故障是geomembrane-GCL接口的界面抗剪强度低、超孔隙压力,气体压力低于gcl [9]。

Kettleman山垃圾填埋场失败是最著名的根深蒂固的平移滑动填埋场失败,已广泛研究了不同作者[3]。Kettleman山单元B-19阶段划归填埋有一个面积约120000平方米,是一个废物处理和储存设施的一部分Kettleman山,加利福尼亚。垃圾填埋场已直边衬管和一个椭圆形的碗里,有一个近水平的基础。固体废物放置和土壤覆盖建设始于1987年,发展处于基本稳定。垃圾填埋场滑在1988年3月19日,导致横向运动对东南35英尺的填补。垂直位移是14英尺沿着滑动质量。表面开裂和眼泪和位移合成衬里都清晰可见。滑动沿着衬垫系统质量下滑。没有雨,地震或其他触发事件中失败。许多研究认为故障发生,因为填放在顶部的垃圾填埋场的废物达到一个高度,创造了一个边际填埋场边坡的稳定。 Major reasons that could contributed this landfill failure include that (1) the friction angle could be as low as 8 degrees between layers of geosynthetic materials; the interface between geomembranes and compacted clay could have only a few hundred pound per square foot; (2) the over-wetness yielded a very ow shearing strength at geomembrane/clay interfaces; and (3) the conditions at which the liner interface strengths were tested were different from the field conditions, and the interface shear strengths could not represent the site-specific shear strength [3].

剪切强度的界面和浪费和GCL的内部剪切强度

在合成衬里的垃圾填埋场边坡破坏,正如在前面的章节所讨论的,可能发生在以下疲弱飞机:

1。Soil-Geosynthetics接口;

2。Geosynthetic-Geosynthetic接口;和

3所示。Geosynthetic-Waste接口。

4所示。膨润土在GCL

5。浪费

界面剪切强度

Bouazza et al。[1],总结之间的接口的优势范围从文献收集的土工合成材料(表2)。表2显示了一个非常广泛的界面剪切强度的变化,这是由于不同类型的土工合成材料,不同的测试条件、测试协议和测试设备[1]。因此,界面剪切强度的值是不推荐用于发表垃圾填埋场设计;然而,他们可以用于初步设计。站点特定的测试应当执行某些网站获取界面剪切强度设计的基础。图6展示了比较光滑,纹理geomembrane-geotextile破坏包络线的接口,和峰值抗剪强度和残余强度。变形土工膜、土工布比光滑geomembrane-geotextile更大的摩擦角。如果需要更高的剪切强度设计、变形土工膜可用于取代光滑的土工膜。

土工合成材料放置在斜坡上的一个主要问题是他们的应变软化行为受到剪切力时[1]。剪切时,界面剪切强度峰值动员在几毫米,然后它的抗剪强度降低残余强度,显著低于峰值抗剪强度。这对设计工程师提出了一个问题:如果峰值抗剪强度或残余剪切强度应使用的接口和内部土工合成材料在垃圾填埋场的设计。琼斯和迪克逊吉尔伯特[9]和[12]强调残余强度抵抗的重要性及其对设计的影响。吉尔伯特[12]提出,峰值和残余力量都用于垃圾填埋场的设计。峰值抗剪强度可以用来找到滑移位置,而剩余的优势可以用来评估合成衬里的垃圾填埋场的稳定性。常见的做法是使用接口的峰值抗剪强度在地板上,残余剪切强度值应使用合成放在边坡[5]。

GCL的内部剪切强度

当gcl用于垃圾填埋场,一个通过膨润土层边坡稳定问题是中层剪切。最大剪切强度为无钢筋GCL产品类似钠膨润土,抗剪强度很低,使得他们容易滑动。此外,水化膨润土有摩擦角的剪切强度低6度[13]。由于这种低摩擦角,无钢筋gcl通常不建议用于斜坡陡比1 v: 10 h [14]。

增加GCL的内部剪切强度,GCL制造商创造了“钢筋”GCL的两个外层土工布是针刺或缝合在一起通过膨润土层[13]。钢筋gcl内部峰值强度更大,因为纤维增援的存在。不同类型的钢筋gcl的峰值抗剪强度(针刺、热粘合、缝编)可能不同显著[15]。

图7显示了结果的内部剪切强度的增强和无钢筋gcl [15]。摩擦角钢筋gcl从10到45度,广泛而无钢筋gcl摩擦角通常小于15度。

剪切强度的浪费

测量剪切优势从文献中获得广泛。报道摩擦角的范围从0到15度到42度与凝聚力28 kPa [8]。这个大的散射是由于大量废物和异构,从而导致困难获得代表性的抗剪强度。琼斯和迪克逊[8]建议城市固体垃圾(垃圾)抗剪强度信封设计如图8所示。

由于大型剪切强度的变化,特定站点数据建议用于垃圾填埋场的设计。然而,如果没有可用的网站具体方法提出的Van Impe和Bouazza[16]可以作为设计的出发点。该方法定义了设计价值观的凝聚力(c)和摩擦(φ)分为三个不同的地区:

•”区,对应于非常低的压力(0 kPa≤σv < 20 kPa)垃圾行为只能被描述为有凝聚力。在这种情况下,c = 20 kPa。”

•“区B:对应于低到中度压力(20 kPa≤σv < 60 kPa)。在这种情况下,c = 0 kPa和φ≈38°。”

•”区C:对应于高应力(σv≥60 kPa)。在这种情况下,c≥20 kPa和φ≈30°。”

触发机制

垃圾填埋场的失败往往引起过程,要么增加或减少的驱动力耐力沿弱面,通常两个土工合成材料之间的一个接口,或合成或两者之间的一个接口[5]。主要贡献填埋失败的原因包括以下:

1。渗滤液中浪费质量水平上升超过了最大允许水平;

2。渗滤液的过度积累水平由于废液/渗滤液注入超过最大允许水平;

3所示。过度的孔隙压力积聚在最后覆盖系统,超过了最大允许水平;

4所示。过多的气体积聚低于最终覆盖系统;

5。过度潮湿的Geomembrane-GCL接口导致抗剪强度较低;和

6。地震或爆破。

上面的原因可以分为两个加载情况下:静态加载(原因1号通过5)和地震荷载(因为没有。6)。

稳定设计标准

根据俄亥俄州EPA[5],下列因素的安全(FS)应该用来评估垃圾填埋场稳定性:

1。静态分析:FS > 1.50

2。地震分析:FS > 1.00

使用更高的安全系数的建议如果失败可能对环境和人类健康产生灾难性的影响,如果大不确定性存在于输入参数来计算安全的因素[5]。

许多相关技术论文geosynthetic-lined垃圾了,稳定性和以下结论和建议:

1。土工合成材料用于垃圾填埋场传统衬垫提供经济和技术优势。但它可能创造稳定问题,甚至导致填埋场衰竭由于其低界面或内部剪切强度如果设计不当和/或构造。

2。最常见的失效机理geosynthetic-lined过渡失败涉及垃圾填埋场和底部衬垫(根深蒂固的失败)或只有最终覆盖系统(浅失败)。

3所示。剪切强度geosynthetic-geosynthetic和geosynthetic-soil广泛的变化。剪切强度的界面文学可用于初步设计。最终设计,网站界面剪切强度应使用。

4所示。内部无钢筋的抗剪强度比钢筋gcl gcl很少。无钢筋gcl通常不建议用于斜坡陡比1 v: 10 h。

5。接口和内部gcl的峰值抗剪强度可用于底衬;接口和内部的残余抗剪强度gcl应使用合成放置沿着斜坡。

6。浪费的测量剪切优势从文学有广泛报道获得摩擦角从15度到42度和凝聚力0到28个kPa。由于大型剪切强度的变化,特定站点数据建议用于垃圾填埋场的设计。如果没有可用的站点特定的方法提出的Van Impe和Bouazza[16]可以作为一个起点。

7所示。垃圾填埋场失败可能由静态载荷包括过度的渗滤液,孔隙压力高于底部衬垫过度和过量的气体压力和过度geomembrane-GCL湿润,和地震和爆破加载。

8。1.5的安全系数1.0建议静载荷和地震荷载。更高的安全系数建议如果失败可以创建一个对环境或人类健康灾难性的影响,或者大不确定性存在于输入参数来计算安全的因素。