重金属Cu^(2+)污染土渗透特性试验及微观结构分析

研究重金属Cu2+离子的侵入对土体渗透特性的影响。以人工配置的CuCl2溶液作为渗透液,采用三联式柔性壁渗透仪在室内开展两种工况下污染土渗透试验,分别考虑围压和渗透污染液浓度对土体渗透性的影响。试验结果表明,配制的CuCl2溶液浓度保持恒定时,渗透液无论采用纯净水还是CuCl2溶液,土体渗透系数均随着施加围压的增大而减小,但是相同围压作用下CuCl2溶液作为渗透液,测得土体的渗透系数小于纯净水作用的渗透系数,并且随着围压的增大,渗透系数的减小量呈现出逐渐缩小的趋势,直至围压超过500kPa后流体特性对土体渗透性的影响不大。施加围压相同而渗透液浓度不同的情况下,土体渗透系数随着CuCl2溶液浓度的增加先急剧减小随后则逐渐增大。微观结构分析结果表明,CuCl2溶液作为渗透液时土体渗透系数与纯净水渗透存在差异的主要原因是缘于重金属Cu2+改变了黏土的内部结构,影响了黏土的孔隙大小,从而造成了宏观渗透性的差异。

黏土垫层水力–力学–化学耦合模型研究

在城市固废堆场建造运维、污染场地土壤、地下水围封阻隔等环境岩土、污染防治领域中,均会涉及到土体力学行为、孔隙水流动以及污染物运移之间的耦合作用问题。将土体的固结变形分为由力学荷载引起的力学固结变形及由化学荷载引起的化学–渗透固结变形,引入广义达西定律,并考虑土体物理特性和输运性质的动态变化,通过理论推导建立了适用于堆场黏土防渗垫层的水力–力学–化学耦合模型,模型最大的特点是实现了土体固结变形、孔隙流体流动与污染物运移过程之间的全耦合,各模型参数均能够体现耦合效应的影响。采用多场耦合有限元分析软件COMSOL Multiphysics对所建模型进行数值验证和求解,模拟结果表明:所建模型可从机理上描述水力–力学–化学全耦合过程,模拟结果与Peters和Smith模拟结果吻合较好,能够正确揭示超孔隙水压力、污染物浓度时空分布及土体固结变形的演化规律。

软黏土海床条件下的管道侧向失稳预测模型

针对软黏土海床条件,基于被动土压力理论建立了海底管道侧向失稳预测模型。利用准静态平衡分析,该模型将极限侧向土阻力分解为被动土压力和滑动土阻力两个分量。验证分析表明,模型预测结果与文献[3]实验结果吻合较好。参量研究发现,在稳态海流作用下,随着软黏土不排水抗剪强度增大,维持管道在位稳定所需的最小埋深呈幂指数减小趋势;同时,极限侧向土阻力中的滑动土阻力分量呈非线性增大,相应的被动土压力分量则逐渐降低。

双荷载共同作用下土体变形影响机理及计算方法

在明确给出化学荷载定义及其表征变量的基础上,考虑力学荷载的共同作用,将土体的变形分为由力学荷载引起的力学固结变形以及由化学荷载引起的化学-渗透固结变形.提出了化学和力学双荷载共同作用下考虑化-力耦合的土体变形计算方法,并从微细观作用机理角度,分析了双荷载作用下土体变形影响机理.推导了宏观孔隙体积变化量的计算公式,在此基础上结合室内渗透试验结果对2种荷载共同作用下土体的变形开展了定量化分析.结果表明,化学物的存在会引起土体发生固结变形,但土体宏观孔隙体积却并非一定减小.由于吸附水解吸到宏观孔隙空间中,也可能造成孔隙通道变宽,孔隙比增大.

南海北部深水区表层沉积物工程性质的统计特征分析

针对从中国南海北部海域某深水区采集的表层沉积物柱状样,进行了沉积物微观结构的扫描电镜测试、矿物成分的X射线衍射试验以及物理和力学性质的统计学分析。结果表明,该深水区海底表层沉积物通常为有机质软黏土,具有高含水率、低密度、高孔隙比、高液限、高可塑性、低强度等典型特征。统计分析和假设检验表明,沉积物的物理和力学指标均呈现变异性,且后者普遍高于前者。相对密度、含水率、液塑限和塑性指数服从正态分布;容重、碳酸盐含量、不排水抗剪强度、灵敏度接近假设检验结果,近似服从正态分布。研究结果可为深水海底工程结构设计的海床土性参数取值提供参考。

室内重塑污染土样制备方法的研究

污染土体的工程特性已成为环境岩土工程领域的研究热点之一,如何制备重塑污染土样是决定实验结果是否能够真实反映污染土体实际情况的关键。介绍了3种重塑污染土样的室内实验方法,包括人工拌和-击实法、击实-浸泡法和固结-渗透淋滤法,并以Cu Cl2溶液为污染溶质进行实验,分析比较3种制样方法的优缺点及适用范围。人工拌和-击实法制备污染土样的速度最快,适用范围最广;击实-浸泡法适用于模拟污染液浓度已知的情况;固结-渗透淋滤法制备的污染土样最均匀,土样结构差异性较小,适用于研究污染土体的渗透问题以及涉及不同围压作用的情况。