
防渗膜是现代卫生填埋场防渗层的主要组成部分.水平防渗层由填埋场边坡上的土工防渗膜和粘土共同组成;HDPE防渗膜上往往还铺设一层无纺土工布.防渗膜的安全是水平防渗层的防渗性能得以发挥作用的主要保障.由于垃圾填埋体沉降等原因,防渗膜上、下界面往往承受不平衡的摩擦力,从而导致HDPE膜内产生拉应力.如何计算HDPE防渗膜内的拉应力大小及其分布,并分析各种因素的影响情况,是设计人员关注的问题之一. 目前关于这一问题的计算方法,往往进行了过多的简化处理.例如,极限平衡法假设下卧粘土层为刚体而不考虑其变形或破坏,甚至把填埋体视作置于坡面上的滑块,忽视了填埋体的整体性.而且,这些理论都没有考虑上覆填埋体中淋滤液水位的存在对防渗膜内应力的影响.实际上,淋滤液对垃圾填埋体的自重、有效应力以及它和HDPE防渗膜之间的作用方式都有影响,应当予以考虑,这将有助于对防渗膜工作性态的全面了解和把握.上海盈帆高级工程师樊建国在综合考虑填埋体、HDPE膜、粘土三者的应力平衡及其相互作用的基础上,推导出了一个确定边坡防渗膜拉应力的新方法.利用该方法可以较为有效地分析淋滤液水位的升降和防渗膜内拉应力大小与分布间的相关关系.
防渗膜力学模型:
单位宽度的水平防渗层的边坡坡角为A, 垃圾填埋体在坡肩和坡脚处的厚度分别为B1和B2;淋滤液水位为C.设坡面距坡脚为z处填埋体的厚度记为X,淋滤液深度为H.
防渗膜内的应力:
HDPE防渗膜所承受的应力主要为沿坡向的拉应力.如前所述,其应力是由于上下表面存在的剪显然,可以设该坡脚处防渗膜内的拉应力为o.容易看出:沿坡面以坡脚为起始点向上计算,当rn≤H 时,下卧粘土能提供足够的剪应力r与rn相抵消,即应力增量dT=0,防渗膜内将不产生拉应力.反之,则应力增量d >0.当其他位置出现T=0时,仍以上述方式判断dT 的大小.
淋滤液水位对防渗膜拉应力的影响:
淋滤液水位的上升将使水位线以下部分的值减小,r的减小将使rn的值成比例地减小.因此,淋滤液水位的上升将导致水位线以下部分的rn减小。
垃圾填埋场淋滤液水位对边坡防渗膜拉应力的影响结论:
本文推导的方法全面考虑了防渗膜、上覆垃圾填埋体、下卧粘土三者的应力平衡及它们之间的相互作用,并考虑了填埋体内淋滤液液面变化的情况,对现有的极限平衡法等理论做了重大的改进,且易于理解,能较好地应用于对卫生填埋场边坡土工防渗HDPE膜承受拉应力的计算.对一个生活垃圾填埋场的实例计算表明:垃圾填埋体内淋滤液水位的存在和升降变化,对边坡HDPE防渗膜内的应力分布和大小有显著的影响.在该填埋场中,填埋体底部一定淋滤液水位的存在将较大地改善防渗膜的工作性态,有利于其安全.由于介质参数和填埋场形态的差异,而使其他填埋场中的上述作用也将存在差异.但本文的计算表明,淋滤液水位变化对边坡防渗膜的影响值得关注.另外,淋滤液水位的上升必将使防渗层承受的渗透水头上升,进而增加淋滤液向周围环境渗漏的危险;而保证HDPE防渗膜的安全又是防止淋滤液向周围环境渗漏的关键因素.因此,如何协调这两者间的矛盾值得探讨.