多场作用下饱和软粘土大变形固结与重金属迁移耦合机理及试验研究

There is serious pollution of heavy metals in the sediment dredging,Electroosmosis method can accelerate soil consolidation and migration of heavy metals with electrode improvement.The migration of heavy metal ions in soil is under the action of seepage field, concentration field and electric field, and produce coupling effect with large deformation consolidation,and it is necessary to research on the coupling mechanics of large deformation consolidation and heavy metal migration in saturated soft clay under multi field. With unit test, theoretical analysis and model test , the effect of soil void ratio and ion concentration on electric permeability coefficient, electromigration and resistivity of soil is analyzed. Meanwhile,based on piecewise-linear differential approach,the coupling model of large deformation consolidation and heavy metal migration under multiple fields is established,and the migration and distribution of heavy metals by parameter analysis.With application of conductive plastic and permeable reactive composite electrodes, feasibility test of the joint technology of heavy metal contaminated soil electrokinetic remediation and drained consolidation is analyzed.

我国河湖疏浚底泥堆场中重金属污染严重，采用电渗法加速底泥排水固结的同时，可通过电极改进使其具备捕获吸附重金属的功能。此时存在渗流场、浓度场和电场的多场作用下驱使重金属离子迁移的现象，而土体大变形固结与重金属迁移会产生明显的耦合作用，因此亟需探究多场作用下饱和软粘土大变形固结与重金属迁移的耦合机理。本课题拟采用单元体试验、理论分析、模型试验相结合的研究方法，合理考虑孔隙比与离子浓度的作用，获取电渗透系数、电迁移率及电阻率随孔隙比和离子浓度的变化规律，基于分段线性差分法，建立多场作用下土体大变形固结与重金属迁移的耦合模型，并通过参数分析研究重金属迁移分布规律。同时，结合导电塑料的应用，采用可渗透反应复合电极，开展电动修复与地基排水加固联合技术的可行性研究。

我国河湖疏浚底泥堆场中重金属污染严重，采用电渗法加速底泥排水固结的同时，存在渗流场、浓度场和电场的多场作用下驱使重金属离子的迁移现象，而土体大变形固结与重金属迁移会产生明显的耦合作用，亟需探究多场作用下饱和软粘土大变形固结与重金属迁移的耦合机理。项目通过理论研究、试验研究等方式，开展了多场作用下饱和软粘土大变形固结与重金属迁移耦合机理研究、多场作用下土体大变形固结与重金属迁移的耦合模型建立与解答以及重金属污染土电动修复与地基加固联合技术的试验研究。项目提出了立体电渗体，通过在不同排水体的横向位置设置横向排水电极体，实现了超软土的立体排水和重金属的多维迁移，加速排水及重金属迁移。开展了立体排水电渗体下的空间电势分布研究，提出复杂电极条件下的电势分布计算方法；并以软黏土大变形固结为背景，考虑了高含水率的土体固结过程中的材料非线性变形特征，提出了一种适合高含水率土体固化过程中的固结度计算方法；数值计算方面，基于分段线性模型思想，考虑实际电渗过程中孔隙比、电势等土性参数的非线性动态变化，采用欧拉坐标系，在空间立体电极条件下建立了分段线性差分电渗固结模型，并通过室内试验和现场试验验证了该计算模型的准确性。同时，开展了单元体试验分别获取了电渗透系数、电迁移率及电阻率随孔隙比和离子浓度的变化规律，基于上述规律建立了多场作用下土体大变形固结与重金属迁移的耦合模型，通过试验证明了立体电渗排水体的良好性能及其计算耦合模型的正确性。