城市生活垃圾堆场下受污染软弱土宏微观工程特性研究

摘要

受到早期技术和条件的限制，中国有部分城市的生活垃圾未经卫生填埋、随意堆放，因此产生了一些永久性或者临时性垃圾堆放场地。密集堆放的垃圾生成淋滤液并下渗造成地基土被污染。近年来随着城市化进程的加快，建设用地日益紧张，大量污染土场地再利用不断出现，与之相关的岩土工程问题也引起了学者们的关注，其中，受污染前后土的宏微观特性变化规律以及污染机理是基础性课题。目前国内外针对污染土物理力学特性的试验研究主要关注土体受污染后物理力学的变化，而较少结合宏微观双尺度的方式对软弱土受污染前后的土性变化规律及机理进行理论研究。本文以宁波地区典型软弱土为研究对象，通过分析城市生活垃圾淋滤液的成分，选择NaOH、H2SO4、FeCl3、Zn(NO3)2共四种常见的污染物，采用在不同浓度污染液中浸泡至一定时间的方法制备污染土，然后通过一系列污染土物理力学性质试验和微结构测试，分析了污染土性质的变化规律以及污染机理。研究将为今后城市生活垃圾堆场下受污染软弱土场地勘察以及再利用的奠定工作基础。
　　具体的研究内容以及获得的结论如下:
　　(1)通过X射线荧光(XRF)以及扫描电镜(SEM)测试，对比分析了污染土与原状土的物质成分以及微结构特征。分析表明，污染土主要发生复合类腐蚀，其孔隙比、等效直径随污染液浓度升高而增加，丰度则反之;土体破坏后原有的结构变得越来越不规则，其中酸污染土的物质成分以及微结构变化均为最大。
　　(2)通过污染土的物理性质试验，对比分析了污染土与原状土的物理性质指标。研究表明，污染土的含水率、土粒相对密度、液塑限以及塑性指数等指标均会随着污染液浓度的改变而改变。
　　(3)通过变水头试验，对比分析了污染土与原状土的渗透系数。结果表明，土体遭受腐蚀后渗透系数均增大，锌、碱污染土的渗透系数比原状土分别增大3.0-3.5倍和4.0倍。
　　(4)通过直剪以及压缩试验，对比分析了污染土与原状土的抗剪强度以及压缩特性。分析表明，碱污染土有强化的趋势;锌、铁污染土变化趋势不明显;酸污染土有弱化的趋势。
　　(5)针对以上试验结果，开展了污染土腐蚀机理分析。研究表明，引起土体物理力学性质变化的主要原因是土体与污染液发生复合反应，从而导致土体的物质成分、微结构、结合水膜等均发生变化，进而影响了土体的性质。
　　(6)基于上述研究，建立了污染土抗剪强度-液性指数、压缩指数-塑性指数、抗剪强度-污染液浓度以及土体孔隙比-污染液浓度-固结压力之间的关系函数，从而可以预测在实际工程中土体受污染后的力学性质的变化情况。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 城市生活垃圾成分研究

1．2．2 垃圾淋滤液成分研究

1．2．3 污染土的腐蚀机理研究

1．2．4 污染土的物理力学性质研究

1．2．5 污染土的微结构研究

1．3 本文所做的主要工作

第二章 试验土样的基本性质及污染土试样制备

2．1 试验土样的基本性质

2．2 污染物及污染液浓度的确定

2．2．1 污染物的确定

2．2．2 污染液浓度的确定

2．2．3 污染液的配制

2．3 污染土试样的制备

2．4 本章小结

第三章 污染土的物相成分及微结构研究

3．1 污染土的物相成分分析

3．1．1 x射线荧光光谱仪介绍

3．1．2 物相试验结果及分析

3．1．3 污染土中部分元素分析

3．2 污染土的微结构

3．2．1 扫描电子显微镜仪器介绍

3．2．2 微结构测试结果及分析

3．2．3 微结构参数与污染液浓度的关系分析

3．3 本章小结

第四章 污染土的物理性质变化规律

4．1 污染土外观与质量的变化

4．1．1 外观变化

4．1．2 质量变化

4．2 污染土含水率的变化

4．3 污染土土粒相对密度的变化

4．4 污染土液、塑限的变化

4．5 本章小结

第五章 污染土的力学性质变化规律

5．1 渗透特性分析

5．1．1 污染土渗透试验的设计

5．1．2 污染土渗透试验结果与分析

5．2 变形特性分析

5．2．1 污染土的压缩回弹曲线

5．2．2 污染土的压缩指标分析

5．2．3 污染土的塑性指数与压缩指数的关系分析

5．2．4 污染液浓度与污染土压缩指数的关系分析

5．3 抗剪强度分析

5．3．1 污染土直剪试验的结果与分析

5．3．2 污染土抗剪强度与污染液浓度的回归分析

5．3．3 污染土抗剪强度指标与液性指数关系分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果