土体固结变形与污染物运移耦合模型研究

在多种环境岩土工程项目的运营机理中，都包含了两类过程，一是物理化学过程（主要是污染物的运移过程和污染物的稀释过程）,二是岩土体的力学变化过程（主要是渗流过程和固结过程）。过去环境专业和土力学专业的学者们分别作了很多研究，但对两类过程的相互耦合作用研究不够。需要对基本理论、描述方程、基本参数和工程规律进行系统性的研究。本项目拟通过室内试验、理论建模和数值模拟对土体固结变形和污染物运移耦合模型进行研究，室内试验能够考虑固结变形对污染物运移的影响，建立比奥固结理论与污染物运移理论相耦合模型，并用数值方法进行求解得出所建模型的数值解,从而揭示污染物在变形土体中的运移转化规律。该项目的研究对于软弱土层地区或堆场防渗系统的设计以及环境安全性评价具有重要的理论意义和实用价值。

在多种环境岩土工程项目的运营机理中，都包含了两类过程，一是物理化学过程（主要是污染物的运移过程和污染物的稀释过程）,二是岩土体的力学变化过程（主要是渗流过程和固结过程）。过去环境专业和土力学专业的学者们分别作了很多研究，但对两类过程的相互耦合作用研究不够。目前对污染物在土层中运移规律的研究较少考虑土体固结变形的影响，但这却又是个非常现实的问题，在实际工程中应该考虑荷载作用的影响。本项目基于比奥固结理论和污染物运移理论，建立了污染物在固结变形土体中的一维运移模型,采用有限差分法对模型进行了数值求解。针对不同的吸附模式，研究了防渗层固结变形及吸附参数对污染物运移规律的影响，并对比分析了考虑土体固结变形与不考虑土体固结变形对污染物运移规律造成的差异。主要研究内容及结论如下：.（1）建立了考虑土体固结变形的污染物运移模型，采用数值积分方法推导出了所建定解问题的有限差分格式，并用能量法对所建差分格式的稳定性进行了证明。.（2）污染源浓度恒定且源源不断供给情况下，在特定时刻土层中污染物浓度随着深度的增加而逐渐减小，固结压力越大，污染物的运移深度就越小，并且某一深度处污染物浓度随着时间的增加逐渐积累并最终达到污染源浓度值。另外无论采用何种吸附模式，当选取的吸附参数使得土颗粒的吸附能力逐渐增强时，在相同的运移时间内，污染物运移深度逐渐减小，且某一深度处污染物浓度达到源浓度所需的时间逐渐增加。吸附参数取值的不同对污染物运移规律的影响随吸附能力的增强而逐渐减弱。.（3）污染源浓度随时间呈指数规律衰减情况下，在特定时刻土层中污染物浓度随深度先增加后减小，在某一深度处达到峰值浓度，浓度峰值随固结压力增大而减小。同时某一深度处污染物浓度随着时间增加也呈现出先增大后减小的规律，并在某一时刻达到峰值浓度，且浓度峰值随固结压力增大而减小，达到峰值浓度所需时间逐渐增大。另外随着土体吸附能力的提高，污染物运移深度逐渐减小，某一深度处污染物浓度随时间变化曲线的峰值浓度逐渐减小，并且达到峰值浓度所需的时间逐渐增加。