饱和黏土一维固结变形与无机污染物迁移过程耦合机理研究

The problem of coupled process between soil consolidation and contaminant transport has been a hot and difficult research subject in the research field of environmental geotechnical engineering recently. However, traditional theoretical models sometimes lead to relatively great analysis errors due to unreasonable simplification and hypothesis about the coupled mechanism. The project will systematically make research on the coupled mechanism of one-dimensional consolidation and inorganic transport for different type of saturated clay. In this research, the following four aspects will be mainly focused on. ① Effect of one-dimensional consolidation of saturated clay on the transport behavior of inorganic contaminant. ② Effect of inorganic contaminant transport on the one-dimensional consolidation property of saturated clay. ③ Microstructural and physico-chemical analysis of the interaction between inorganic contaminant and clay during the coupled process. ④ Quantitative analysis and evaluation of the coupled process between one-dimensional consolidation of saturated clay and inorganic contaminant transport on the basis of electrical resistivity tomography. Research achievements of the project will not only supply fruitful test data for theoretical analysis of the coupled process between consolidation deformation of saturated clay and contaminant transport, but also provide important scientific reference and theoretical support for the design and environmental appraisal in related environmental geotechnical engineering practice.

土体固结变形与污染物迁移耦合问题是当前环境岩土工程研究领域的热点和难点课题之一，以往理论模型有时因对耦合机理做出不切实际的简化假设而产生较大的分析误差。本项目针对不同类型饱和黏土，系统研究其一维固结变形与无机污染物迁移的耦合机理。本项目主要围绕以下四方面内容进行研究：①饱和黏土一维固结变形对无机污染物迁移行为的影响；②无机污染物迁移对饱和黏土一维固结变形特性的影响；③耦合过程中无机污染物-黏土相互作用的微观结构与物理化学分析；④基于电阻率成像技术的饱和黏土一维固结与无机污染物迁移耦合过程定量分析与评价。项目研究成果将为饱和黏土固结变形与污染物迁移耦合过程的理论分析提供丰富的试验数据，为相关工程问题的设计与环境影响评价提供重要的科学依据和理论支撑。

土体固结变形与污染物迁移耦合问题是当前环境岩土工程研究领域的热点课题之一，本项目针对不同类型黏性土，通过一系列物理力学试验、模型试验以及微观结构分析，系统研究了固结变形与污染物迁移过程间耦合机理。项目主要取得以下几方面研究成果：.1) 通过一维固结试验研究了高岭土和膨润土在不同浓度钾、锌离子污染下，离子溶液与黏土充分与非充分相互作用条件下，压缩和固结特性的变化规律；.2) 通过固结试验和模型土柱扩散试验研究了氢氧化锌沉淀反应对污染高岭土的压缩固结特性影响，以及土体处于不同pH值条件下时锌离子向高岭土中扩散运移规律的差异；.3) 对受钾、锌离子污染的饱和高岭土及膨润土压缩至一定状态后的微观特性通过扫描电镜、压汞实验、氮气吸附及原子力显微镜等方法进行了综合分析；.4) 对一维固结试验过程中不同孔隙比高岭土试样进行了氯离子内扩散试验，同时通过压汞试验获得高岭土试样孔径分布，得到了高岭土孔隙率、进汞峰值孔径与相应的氯离子有效扩散系数间量化关系；.5) 通过一组模型土柱试验，研究了三种不同覆盖层（砂土、高岭土、膨润土）下锌离子污染高岭土的变形压缩过程和压缩至不同状态时锌离子的释出运移特性；.6) 基于一维固结试验研究了控制干密度条件下纤维加筋掺量与长度对加筋高岭土固结、压缩特性的影响规律，然后以氯离子为模拟污染物，对纤维加筋黏土中氯离子扩散特性进行了模型试验研究；.7) 试验研究了不同环境因素及冻融循环次数对填埋场底部防渗隔污衬垫GCL材料中膨润土的粒径分布及其膨胀指数的变化规律; .8) 试验研究了溶液电导率指标与离子浓度间统计关系；对染色剂溶液入渗过程中土柱的电阻率变化及试验结束后不同深度横剖面染色区形态进行了定量分析；基于微观结构测试分析了柴油污染物在黏土中的赋存状态及对工程性质的转控机理，并通过试验建立了基于TDR技术和电阻率指标的污染程度评价方法。.项目研究成果可为相关工程问题的设计与环境影响评价提供重要的科学依据和理论支撑。