生活源污染质渗流-化学协同作用下土体性质结构研究

摘要

生活污水和垃圾渗滤液在土体入渗的过程中，既存在物理渗流作用，又存在污染质与土体颗粒间的化学作用，对土体产生渗流、化学方面的侵蚀，导致土体的水理力学性质和结构发生重大变化。本文以粉质黏土为研究对象，选取对土体性质结构影响最为显著的CH3COOH和Ca-CO3为切入点，试验研究了粉质黏土的渗透性、抗剪强度、压缩性和微观结构随渗流压力、轴向压力、渗流深度以及污染质浓度的变化规律，并对生活源污染质渗流-化学协同作用影响粉质黏土水理力学性质和结构的规律与机理进行了阐释。
　　研究表明：（1）生活源污染质不同降解阶段的主要有机和无机产物是CH3COO-和CO32-，并因此选定CH3COOH和Ca-CO3为本文研究的生活源污染质成分。（2）蒸馏水、CH3COOH和Ca-CO3污染液(CaCl2与Na2CO3混合溶液)三组流体在粉质黏土渗流过程中，渗流压力和轴向压力对土体力学性质的作用效果相似，表现为渗流压力与粉质黏土的渗透性和压缩性正相关，与抗剪强度负相关，轴向压力与粉质黏土的渗透系数、压缩系数负相关，与抗剪强度正相关；就渗流深度而言，蒸馏水作用下土体的渗透性、抗剪强度和压缩性基本不随渗流深度而变化，CH3COOH污染液作用下深度与渗透性负相关，与抗剪强度和压缩性正相关，Ca-CO3污染液作用下深度与渗透性和压缩性负相关，与抗剪强度正相关；对于浓度而言，CH3COOH污染液渗流下，CH3COOH浓度与土体渗透性正相关，与抗剪强度和压缩性负相关，而Ca-CO3污染液渗流下Ca-CO3浓度与土体渗透性和压缩性负相关，与抗剪强度正相关。（3）渗流作用使粉质黏土的渗透性和压缩性提高，抗剪强度降低；CH3COOH的化学作用使粉质黏土的渗透性提高，使抗剪强度和压缩性降低；Ca-CO3的化学作用使粉质黏土的渗透性和压缩性降低，黏聚力增大而内摩擦角有所减小。CH3COOH的化学作用对粉质黏土渗透性质、力学性质的影响效果强于Ca-CO3。（4）生活源污染质的渗流-化学协同作用表现出空间分布的阶段性和影响工程地质性质参数的复杂性等特征。在渗流深度较低的阶段，生活源污染质对土体的作用主要体现为CH3COOH的化学作用，使土体渗透性提高，抗剪强度和压缩性降低；在高渗流深度阶段，生活源污染质的作用主要表现为生活源污染质的降解物质与土体反应生成沉淀物质的化学作用，使土体渗透性和压缩性降低，黏聚力提高。Ca-CO3污染液对粉质黏土黏聚力和内摩擦角的渗流-化学协同作用规律并不一致，体现了生活源污染质渗流-化学协同作用的复杂性。（5）渗流作用和CH3COOH的化学作用增强了土体的孔隙发育程度，使土体孔隙总面积、孔隙平均面积、孔隙度和孔隙比等参数显著增大，分形维数减小。在渗流深度较低的范围内，CH3COOH的化学作用对土体微观结构起主导作用，并随着深度的增加逐渐减弱。Ca-CO3污染液对粉质黏土微观结构的渗流-化学协同作用规律与CH3COOH相反。（6）渗流作用影响土体性质和结构的机制是通过渗透压力改变土体孔隙分布，CH3COOH则是通过改变颗粒吸附电荷平衡、溶解、腐蚀大量黏土矿物影响土体性质结构，而Ca-CO3是通过生成碳酸盐沉淀填充孔隙对土体性质结构产生影响。生活源污染质渗流-化学协同作用在深度上的作用机制是，低深度阶段，污染液渗流力改变土体孔径和孔隙的作用较大，同时CH3COOH对土体的化学作用也显现。随着污染液渗流深度的增大，CH3COOH的降解和发酵产物发挥作用，表现为Ca-CO3对土体的化学作用。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 选题依据与意义（Basis and Significant of Topic）

1.2 国内外研究现状（ Present Research Situation at Home and Abroad）

1.3 研究中存在的问题（Problems Existed in Present Research）

1.4 论文的主要研究内容及技术路线（ Primary Research Objectives and Technical Route）

1.5 论文的主要成果(Major Fruits Achieved)

2 试验内容及方案设计

2.1生活源污染质主要成分的确定和土样的制备（Choice of the Life Source Pollutant and Soil Preparation）

2.2生活源污染质对粉质黏土的渗流-化学协同作用试验设计（Test Design of Silty Clay under Seepage-Chemical Synergy with Life Source Pollutant）

2.3 小结（Summary）

3 生活源污染质渗流-化学协同作用下粉质黏土工程性质研究

3.1 蒸馏水渗流下粉质黏土工程性质响应(Influence on Engineering Properties of Silty Clay under the Distilled Water Seepage)

3.2 CH3COOH污染液渗流下粉质黏土的渗透性（Permeability Characteristic of Silty Clay under the Seepage of CH3COOH Fluid）

3.3 CH3COOH污染液渗流下粉质黏土的力学性质（Mechanical Properties of Silty Clay under the Seepage of CH3COOH Fluid）

3.4 Ca-CO3污染液渗流下粉质黏土的渗透性(Permeability Characteristic of Silty Clay under the Seepage of Ca-CO3 Fluid）

3.5 Ca-CO3污染液渗流下粉质黏土的力学性质(Mechanical Properties of Silty Clay under the Seepage of Ca-CO3 Fluid)

3.6 生活源污染质渗流和化学作用对粉质黏土工程性质的影响(Influences on Engineering Properties of Silty Clay under Seepage and Chemistry the Effects with Life Source Pollutants)

3.7 生活源污染质渗流-化学协同作用下的粉质黏土工程性质响应 (Influences on Engineering Properties of Silty Clay under Seepage Chemical Synergy with Life Source Pollutants)

3.8 渗流-化学协同作用下粉质黏土工程性质影响因素的主次关系分析(Significance Analysis on Engineering Properties of Silty Clay Based on Orthogonal Experiment)

3.9 小结(Summary)

4 生活源污染质渗流-化学协同作用下粉质黏土微观结构研究

4.1 渗流污染后粉质黏土微观结构观测及参数选取(Microstructure Parameter Selection of Silty Clay)

4.2 生活源污染质渗流-化学协同作用下粉质黏土微观结构定性研究(Qualitative Study on the Microstructure of Silty Clay under Seepage-Chemistry Synergy of Life Source Pollutants)

4.3生活源污染质渗流-化学协同作用下粉质黏土微观结构定量研究 (Quantative Study on the Microstructure of Silty Clay under Seepage-Chemistry Synergy of Life Source Pollutants)

4.4 生活源污染质渗流-化学协同作用影响粉质黏土性质和结构的机理分析（ Mechanism Analysis on Engineering Properties and Microstructure of Silty Clay Influenced by the Seepage-Chemistry Synergy of Life Source Pollutants）

4.5 小结(Summary)

5 结论与建议

5.1 结论(Conclusions)

5.2 建议(Proposals)

参考文献

作者简历

一、基本情况

二、研究项目

学位论文数据集