城市垃圾的主要特点是什么？

了解城市垃圾的特性，将有助于正确地设计垃圾卫生填埋场和选择合适的材料。由于人们对垃圾的性质认识较少，因此在本节中，将稍微详细地作些介绍。与填埋场设计有关的城市垃圾的性质，主要有有机质含量、密度、含水量、孔隙率、渗透性、持水性、抗剪强度和压缩性。

（1）有机质含量。废弃物中的有机质具有复杂的化学成分，且易分解，因此，其含量对填埋场的沉降和填埋容量有很大的影响。图9.1给出的直方图是浙江大学岩土工程研究所对杭州市填埋场的试验研究所取得的有机质含量的成果，最大值为46.3%，最小值为12.1%，多数在20%～40%之间，可作为参考。试验表明，有机质含量大致随深度增加而降低，这与深部填埋体中的有机质降解有关，我国部分城市垃圾有机质含量统计数据示于表9.2中。可以看出，经济发达地区垃圾土中的有机质含量较高。但与发达国家相比，我国城市垃圾中有机质含量是偏低的。

图9.1　有机质含量的频率直方图

表9.2　我国若干城市垃圾主要成分的类别（陈云敏，柯瀚，2002）

（2）密度。城市垃圾的密度变化很大，因为它不仅与成分有关，而且还受填埋方式和环境条件的影响。浙江大学试验所得的直方图示于图9.2（a）中，孔隙比随深度的变化示于图9.2（b）中。

图9.2　城市垃圾填埋体的密实度

（a）天然密度的频率直方图；（b）e—z关系曲线

从图9.2中可以看出，天然密度最小值为7.8kN/m3，最大值为13.4kN/m3，大多落在9.0～12.0kN/m3之间，平均值约为10.6kN/m3，比天然地基土的密度16～22kN/m3为小。一般说来，由于国内垃圾未经分类和回收，更未经粉碎处理，因此，填埋体具有较大的孔隙结构。

（3）含水量。城市垃圾的含水量变化也较大，但随填埋深度的增大有减小的趋势（图9.3），这是因为浅层垃圾土受气候影响大，而深层中的渗滤液与排水层排走等因素有关。与国外（一般为10%～35%）相比，国内的含水量普遍偏高，这可能与封顶系统的防渗作用不够有关。

图9.3　天然含水量及其随深度的变化关系

（4）持水率。持水率是指经过长期重力排水后，土或废弃物体积中所保持的水分含量。它反映了废弃物保持水分的能力，这个数值对于填埋场淋滤液的形成十分重要，超过持水率的水分将作为淋滤液排出。国内垃圾的这个值约在22.4%～55%。若垃圾中含有纸张、纺织品等有机物多，则持水率高。

（5）渗透性。渗透性参数对设计填埋场渗滤液收集系统以及制定渗滤液回灌计划都十分重要。其测试方法可采用现场抽水试验、大尺寸试坑渗漏试验，大直径试样的实验室试验等方法，也可根据降水量和渗滤液产出量之间随时间的变化关系进行估算。浙江大学的试验资料表明，渗透系数变化较大，但大都在2×10-4～4×10-3cm/s之间，且随埋深和填埋时间的增长而减小，具体成果见表9.3。

表9.3　城市废弃物（MSW）渗透系数综合资料（陈云敏，柯瀚，2002）

（6）压缩性。废弃物的压缩性自填埋后会一直发生，并延续很长的时间，例如达10～20年。这种压缩性引起的沉降来自两方面，一是废弃物自身稳定过程中的沉降，它可用传统的土体压缩理论进行分析，其中也包括主压缩和流变引起的次压缩；另一方面则是由化学变化或生化分解引起的沉降，它将持续很长时间。废弃物的压缩性试验成果如图9.4所示。(www.xing528.com)

图9.4　室内压缩曲线

计算中，常用主压缩指数Cc或修正主压缩指数C′c；C′c=Cc/（1+eo），eo为填埋压实后的初始孔隙比。国外的经验值常取

C′c=0.17～0.36。

计算次压缩时，常用次压缩指数Cd或修正次压缩指数C′d，C′d=Cd/（1+eo）。化学和生物分解引起的沉降，包含在次压缩性计算中。

国外的次压缩指数经验值为C′d=0.03～0.1。我国的C′d可能高于国外的值。C′d除与eo和初始填埋高度Ho有关外，还与应力水平有关。设计中，可取用20年时的C′d值。据研究，垃圾填埋体的沉降量通常会达到初始高度的30%。

（7）抗剪强度与边坡稳定。垃圾体的强度相当复杂，它与一般土体是不相同的。垃圾体的抗剪强度可认为由两部分组成：即由垃圾体的颗粒摩擦所产生的强度（可称为基本相“强度”）（张丙印等，2002）和由纤维状的具有加筋土特征的“加筋相”产生的拉力两者构成，这两部分强度的共同作用过程如图9.5所示。此外，由于降解，使垃圾强度还具有明显的时间效应。

根据浙江大学岩土工程研究所对杭州填埋场的固体废弃物的试验，发现不固结不排水试验的应力应变曲线与压力无关[图9.6（a）]，而固结不排水试验的总内聚力随埋深而增大[图9.6（b）]。上述试验的应力应变曲线均为应变硬化型，且大体与双曲线型式基本一致。根据大量强度资料分析，垃圾土的强度包线具有折线性（图9.7），因此强度参数取值与压力范围值有关，也与变形大小有关。根据Jessberger（1993）的研究，在垃圾土的强度试验中尚未观察到明显的剪切破坏面。依此，对不同类型和龄期的废弃物，他建议如下的强度参数：对应轴向应变ε=0.02时，C=25～100kPa，φ=10°～20°（Jessberber H.L.et al，1993）。由此说明，垃圾体的强度破坏主要是变形破坏，这是垃圾土的重要特性。

图9.5　垃圾体内摩擦力和拉力共同作用过程

图9.6　垃圾三轴试验的应力—应变关系

（a）不固结不排水三轴试验的（σ1—σ3）—ε关系曲线；（b）固结不排水试验（σ1—σ3）—ε关系曲线

图9.7　摩擦角φ及黏聚力C随应变的变化

（a）摩擦角变化；（b）黏聚力变化

由于垃圾填埋体是多孔的和非饱和的，它们的强度特性必然十分复杂。而强度参数和特性的认识，对于边坡稳定又十分重要。由于边坡设计或施工不当造成边坡失稳滑塌而酿成重大安全事故的事例，国内外均有发生。例如，2002年6月14日重庆沙坪坝区凉枫垭垃圾场因暴雨滑塌，40万m3垃圾呼啸而下，将山坳碎石厂的三层楼宿舍埋没，死亡10人。国外的，如菲律宾一垃圾场因暴雨而崩塌，塌下的垃圾厚达10m，死亡多人；1996年夏，西班牙一垃圾场发生数百万吨垃圾的崩泻，造成数人死亡和数百万美元财产的损失。

因此，必须十分重视垃圾填埋体的强度和边坡稳定性的研究，应在实地和室内通过多种方法（如静力触探，荷载试验，室内三轴试验等），或者破坏面的反演分析等手段，进行研究。不应简单地从手册或不相似的工程经验中，任意选择参数。