防污隔离墙-地基土界面效应及对服役性能影响研究

Industrialization and urbanization developed rapid in China, and also caused heavy subsurface pollution, which is required to control effectively. Cutoff wall is a primary technique to contain subsurface pollution. A bentonite-rich interface forms between cutoff wall and surrounding soils during the construction process of cutoff walls. This interface has the following effects on the performance of cutoff walls: low permeability improves the seepage control; shear strength has impacts on state and distribution of stress within the cutoff wall; and high adsorption slows down the breakthrough of contaminants. This project implements modified API filter loss tests, flexible-wall permeate tests, interface direct shear tests, large-scale model tests and numerical methods, to study cutoff wall-soil interface’s forming mechanism, impact of permeability on seepage control and impact of shear strength on distribution of stress in cutoff walls. The aims are to propose the equation of equivalent permeability of cutoff walls, to reveal the distribution of stress and permeability along the depth and to present a design method with a consideration of the effects of the interface between cutoff-wall and soils. The aim of this work is to provide theoretical and technical supports to controlling subsurface pollution.

我国工业化和城市化快速发展，同时造成了严重地下水土污染，亟需有效控制，防污隔离墙（简称隔离墙）是控制地下污染的主要技术手段。隔离墙施工过程中在墙体与周边地基土之间会形成一个富含膨润土的界面，该界面对隔离墙服役性能具有如下影响：渗透性低，有利于提高隔离墙整体防渗性；抗剪强度影响隔离墙应力水平与分布；吸附性高，有利于减缓污染物击穿隔离墙。本项目拟采用改进API滤失试验、柔壁渗透试验、界面直剪试验、大型模型试验和数值模型分析等技术手段，研究隔离墙-地基土界面形成机制、渗透特性对防渗性影响、抗剪强度特性对隔离墙应力分布影响，提出隔离墙等效渗透系数计算方法，揭示隔离墙应力和渗透系数沿深度分布规律，提出考虑隔离墙-地基土界面效应的设计方法，为地下污染有效控制提供理论和技术支撑。

本项目按计划从阻隔墙-地基土界面形成机制、隔离墙-地基土界面渗透特性、隔离墙-地基土界面抗剪强度对隔离墙应力分布影响、隔离墙-地基土界面对隔离墙服役性能影响四个方面开展了深入研究，完成了本项目主要研究目标。主要研究进展与成果包括：1）获得了低压力条件下渗透压等因素对膨润土泥饼界面形成规律及微观结构，以及膨润泥饼界面有效应力沿厚度分布规律，揭示了隔离墙-地基土界面形成机制；2）获得了膨润土泥饼界面渗透系数与固结压力的定量关系，并提出了土-膨润土隔离墙等效渗透系数的现场测试方法，取得了土-膨润土隔离墙等效渗透系数现场数据，为土-膨润土隔离墙渗透性评价提供有效方法与基础数据；3）阐明了隔离墙-地基土界面的摩擦效应对土-膨润土隔离墙长期应力沿深度随深度分布的影响规律，为土-膨润土隔离墙墙体材料渗透系数室内测试提供压力条件的重要取值依据；4）揭示了隔离墙-地基土界面渗透和强度特性对土-膨润土隔离墙固结行为的影响规律，提出了隔离墙击穿时间的简化设计计算方法，为隔离墙工程设计提供有效方法。发表了标注本项目资助的学术论文8篇，其中7篇SCI论文、1篇EI论文。隔离墙击穿时间计算方法与沟槽稳定性分析方法的研究成果，被国标《生活垃圾卫生填埋处理岩土工程技术标准》（现为征求意见稿）采纳。基于本项目的研究，为连云港、青岛等的危险废物填埋场、生活垃圾填埋场隔离墙工程提供技术咨询。培养了博士后1名、博士1名、硕士2名。编写了加拿大工程地质学百科全书Encyclopedia of Engineering Geology、《中国大百科全书》第三版的阻隔墙相关词条。