книги / Основы проектирования и строительства хранилищ отходов.-1

81

ных отсеков поверхность скольжения была бы плоской и проходила по фик­ сированной поверхности более плотныхненарушенных пород(рис.2.38).

При рассмотрении /-го отсека учитываю все внешние силы, включая нагрузку, приложенную к поверхности отсека и вес грун а в объеме отсека. Сумму внешних сил Q, раскладываю на нормальнуюJV, и касательнуюГ,. Нормальная сила А) позволяет учитывать силы трения по основаниюпт. Крометого,учитываю силы сцепления при сдвигепоэтой плоскости.

Рис.2.38.Схема к расчету устойчивости прислоненногоо коса

Дополнительно на отсек действует неуравновешенное оползневое дав­ ление от вышележащих отсеков и неизвестное оползневое давление на нижележащий отсек £,. Если откос подвержен ещ действиюсейсмических сил, отклоняющих равнодействующую внешних сил от вертикали на некото­

Рассмотрение уравнений равновесия - суммы проекций всех сил на на­ правление пт и нормали к этому направлению - позволяет най и значение оползневогодавления Е,-, передаваемого на следующий отсек:

где ц - коэффициент устойчивости.

Расчет начинаю с первого верхнего отсека,для которого Ец-0.Пере­

82

ходя о о секак о секу,достигаюпоследнего отсека, который должен бьщ устойчивымприЕ„ < 0.

2.7. Расчетустойчивости складируемых отходов

Расчет устойчивости складируемых отходов для высоконагруженньп полигонов выполняетсяна основе методов расчета откосов, изложенныхвы­ ше.Однако необходимо учи ывать то факт,что отходы,как бы овые,так? промышленные,не являюся однородным сплошным телом, а представляю! собой многофазнуюсложнуюанизотропнуюсистему. Формирование поли­ гонов депонирования отходов происходи длительное время (от 20 до 100 лет) и за это период,как правило,меняется сам состав отходов, степень их уплотнения,степень водонасыщения,пористость,процентное содержание газа. Складируемые отходы испы ываю различные, часто неоднозначные воздействия окружающей средыи человеческой деятельности. Поэтом) складируемые отходы можно рассматривать, по аналогии с грунтами, как трехфазнуюсистему, состоящуюиз минеральной части и пор, частично за­ полненных водой (жидкая фаза) и биогазом (газообразная часть). Однако в отличие от грунтов,формирование которых происходит миллионы лет,о хо­ ды -относительно "молодая" структура,но более подвижная в плане перехо­ да из одной фазы в другуюи изменения своего морфологического и генети­ ческого состава. Необходимо также учитывать тот факт,что уплотнение о ­ ходов под нагрузкой происходит в более короткие сроки по сравнению с грунтами и можетдостигать 300-400%от первоначального объема,при этом происходитзначительное выделение фильтрата и газа.

Таким образом,мы вправе говорить об ускоренной консолидациии о ­ ходов под нагрузкой, сопровождающейся интенсивным отжатием фильтрата и биогаза из отходов. Поэтому справедливо применить к расчетам устойчи­ вости теорию фильтрационной консолидации.Большую часть времени отхо­

83

дынаходятся под постоянной нагрузкой (на стадии захоронения),продолжа­ юуплотняться,перемещаться в массивах складирования,постоянно изменяя напряженно-деформированное состояние тела хранилищ и соответственно влияя на устойчивость грунтового основания. Поэтому,по нашему мнению, о ходыобладаю определенными реологическими параметрами и для пра­ вильной оценки устойчивости хранилищнеобходимо в расчетах учитывать явления ползучести и релаксации напряжений.

Все высказанные нами предположения, безусловно, с одной стороны, усложняю расчеты по обеспечению устойчивости хранилищ, но, с другой стороны,приближаю используемые расчетные схемы к действи ельной ра­ бо емассивов депонирования.

Внастоящее время существую различные прикладные программы,по­ зволяющие рассчитывать устойчивость хранилищс помощьювычисли ель­ ной техники. При выполнении проектных работ по сооружениюшламохранилища на Новоберезниковской ТЭЦ (г.Березники) и хранилищ радиоак­ тивных отходов в Осииском районе Пермской области использовался про­ граммный комплекс PLAXIS. Первая версия PLAXIS была разработана в 1987 году в Технологическом университете г.Дельф (Нидерланды) по заказу Министерства общественных работ Нидерландов с цельюсоздания расчетно­ го аппарата для прогноза устойчивости дамб, плотин, грунтовых насыпей и других берегоукрепительных искусственных сооружений, с учетом дейст­ вующих Европейских норм по проектированию оснований и фундаментов, получивших название ЕВРОКОД-7. В создании всех последующих версий PLAXIS принимали участие специалисты ещ четырех университетов:Коло­ радо (США), Гренобля (Франция), Оксфорда (Великобритания), Шутгарта (Германия).В дальнейшем программа PLAXIS охватила другие области гео­ механики, включая расчеты несущей способности и деформаций фундамен­ тов, подпорных стенок, анкеров, геотекстильных элементов,тоннелей, консолидационный анализ грунтов и многое другое. Сиспользованием PLAXIS

85

Пример 3 Рассмотрим пример расчета деформаций и устойчивости основания и

обваловки полигона твердых бы овыхотходов. Инженерно-геологические условия плошапки.

Площадка полигона расположена в 6 км к юго-западу от пос.Звездный, вдоль автодороги пос.Звездный - пос.Юг,в Пермском районе Пермской об­ лас и.

В геоморфологическом отношении площадка приурочена кводоразде­ лу рек Юг и Кабка. Рельеф площадки спокойный с понижением в юговосточномнаправлении.

С северо-запада площадка ограниченна асфальтированной дорогой пос.Звездный - пос.Юг.С севера-запада и юга - неглубоким оврагом.

Внастоящее время площадка полигона представляе собой участок земли очищенный от леса. Со всех сторон площадка окружена лесом. На опушке большое количество поваленных деревьев. Ширина лесополосыот­ деляющей от дороги пос.Звездный - пос.Юг составляе 15 м.

На площадке ведется разработка карт по рекомендации кафедры ОФиМПГТУ и ЗАО "ПИТЦТеофизика".Кроме того,имеется действующая с 1996-1997г.г.свалка твердых бы овых отходов.Площадь свалки 3 га.Поли­ гонокружен канавой шириной 80-90 см,глубиной 50 см,в канавах воды нет.

По данным инженерно-геологических изысканий, выполненных ООО

"ВернекамТИСИз" в 2001 г.,установлены следующие напластования грун ов сверху вниз:

1.Под растительным слоем залегает легкая пылеватая коричневая гли­ на тугопластичной полутвердой, реже мягкопластичной консистен­ ции с прослоями и линзами пылеватого суглинка,тугопластичной и мягкопластичной консистенции.Мощность слоя 4-9,5 м.

2.Глина коричневая тугопластичная с гравием от единичных включе­ ний до 35%.Мощность слоя 0,3-1,5 м.

86

3.Гравийно-галечниковый грун состои из гравия и гальки кварцево­ кремнистого состава. Заполнитель - глина коричневая мягкопла­ стичная30-40%.Вскрыаямощность слоя 2,7-3,9 м.

4.Глина красновато-коричневая тугопластичная с редким аргилли о- вымщебнем.Вскрыаямощность слоя 1м.

5.Коренны породы, вскрыыскважиной №8 на глубине 6 м, пред­ ставленыаргилли ами слабыми с прослоями песчаника. С глубины 18,5 мзалегает песчаник серовато-коричневый мелкозернистый сильновыветрелый.Ниже глубины 21 м наблюдается переслаивание аргилли ов и песчаников.Вскры ая мощность 22 м.

Впределах первой картыбыло отры о два шурфа глубиной 2,5 ми пробуренаоднаскважина.

Основные физико-механические свойства основного слоя глин сле­

87

Подземные воды при производстве изысканий появились на глубине 5,7-7,3 м. Установившийся уровень зафиксирован на глубине 2,5-2,8 м (от­ ме ки 96,27 - 91,33). При наблюдении за уровнем грунтовых вод в наблю­ даемых скважинах,в течение ноября 2001г.,уровень грун овых вод изменял­ сяиустановился на глубине от 1,4-1,45 до 1,7-1,75 м соответственно.

На площадке было проведено два опы ных налива в шурфах.Коэффи­ циен фильтрации для глинистых грунтов равен 0,012 м/сут. Коэффициен фильтрации,полученный в лабораторных условияхдля тех же грун ов равен 0.01-0,06 м/сут.

Сравнение основных показателей полученных при изысканиях прове­ денных ОООпВерхнекамТИСИз" и при исследованиях в лаборатории меха­ ники грунтов кафедры ОФиМпоказывает,что в пределах площадки измене­ ние свойств грунтов незначительное.

Определенный в лаборатории кафедры ОФиМПГТУкоэффициен фильтрации находится в пределах 0,03-0,035 м/сут,начальный градиен на­ пора /'о=12.Проведены исследования коэффициента фильтрации при различ­ ныхуплотняющих нагрузках от 0,5 кг/см2до 2,5 кг/см2.По мере увеличения нагрузки происходит уменьшение коэффициента фильтрации от 0,032- 0,035 м/сут при нулевой нагрузке на поверхности до 0,007-0,009 м/сут при нагрузке 2,5кг/см2.

Расчет напряженно-деформированного состояния основания и обваловки полигона твердых бы овых отходов.

Для расчета напряженно-деформированного состояния основания и обваловки полигона твердобы овых отходов использовался программный ком­ плекс “PLAST”, разработанный на кафедре оснований, фундаментов и мос­ тов ПГТУк.т.н., доцентом Л.А.Бартоломеем. Комплекс используется для прогноза и расчетов устойчивости зданий и сооружений в сложных инженер­ но-геологических условиях,в том числе на склонах,в условиях городской за­

стройки.Спомощьюпрограммного комплекса были рассчитаны и даны про­ гнозыдеформаций и напряженного состояния оснований и конструкций про. ектируемых,строящихся и существующих зданий и сооружений в г.Пермии Пермской области.

Программный комплекс “PLAST” реализует метод конечных элемен­ тов.Вкачестве элементов используюся квадратичные четырехугольники из Серендипова семейства. Расчет ведется в условиях плоской деформации с учетом упруго-вязкопластического деформирования грунта. В качестве кри­ терия текучести используется критерий Мора-Кулона. Программа позволяет моделировать собственный вес грунта,выемку грунта из котлована и после­ дующее поэтапное возведение сооружений с учетом растущей в процессе строи ельства жесткости сооружения на нелинейно-деформируемом основа­ нии.

Расчет напряженно-деформированного состояния основания и обваловки полигона твердых бы овых отходов проводился в условиях плоской деформации.Принимались следующие граничные условия: по боковым гра­ ням отсутствовали горизонтальные перемещения, по нижней границе рас­ сматриваемой области отсутствовали вертикальные и горизонтальные пере­ мещения, верхняя граница была свободна от ограничений. Длина участка в расчетной схеме 175 м, рассматривалась толща грунтов на глубину 40 м о природной поверхности.Ниже глубины 10 м свойства верхнепермских отло­ жений принимались по имеющимся архивным данным кафедры ОФиМ ПОЛГУ.

В пределах верхней толщи свойства грунтов принимались по данным изысканий ВерхнекамТИСИз и кафедры ОФиМ111ТУ.

В результате расчетов были получены вертикальные и горизонталь­ ные перемещения,компонентынапряжений и область развития пластических деформаций. В расчетах прикладывалась поэтапно нагрузка от собственного веса грунта и веса мусора с грунтом изоляции.

90

скоростьдвижениядо 3 км/час; габари ныеразмеры:

длина 5,3 м ширина2,34 м высота 1,82м

массакатка12,5 та.

Приэтиххарактеристикахдавлениенагрун составляет более 3 кг/см2. С цельюповышения плотности и жесткости верхнего слоя рекоменду­ етсяукатать слой щебнятолщиной 5 см,фракции 20-40 мм.В дренажныхка­ навах устрои ь слой щебня толщиной 5 см, фракции 20-40 мм и уплотнил трамбовками весом 2 т,сбрасывая с высоты 2 м.На всех этапах необходимо

вестикон роль зауплотнением грунта.

Плотность скелета грунта после уплотнения должна составить 1,65 т/м3.При выполнении этих мероприятий коэффициент фильтрации будетне более 0,005-0,007м/сут, что меньш предельно допустимой величины 0,01м/су .Кроме того, начальный градиент i0=12. При меньшем градиен е фильтрацииводыне будет.