【摘 要】
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土-膨润土垂直防渗墙是简易填埋场污染物控制的常用屏障,然而由于膨润土具有较高的敏感性,在污染物作用下,土-膨润土垂直防渗墙的防渗和防污能力明显降低。而凹凸棒土在我国储备量大,价格低于膨润土,同时具有良好的吸附性、胶体性、补强性和载体性等物理化学性质,近年来逐渐应用于土壤污染修复领域,为此,有学者提出采用凹凸棒土替代膨润土作为垂直防渗墙材料。目前,已有学者开展了土-凹凸棒土常温下的渗透性和化学相容性
【基金项目】
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国家自然科学基金(编号:42107151);
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土-膨润土垂直防渗墙是简易填埋场污染物控制的常用屏障,然而由于膨润土具有较高的敏感性,在污染物作用下,土-膨润土垂直防渗墙的防渗和防污能力明显降低。而凹凸棒土在我国储备量大,价格低于膨润土,同时具有良好的吸附性、胶体性、补强性和载体性等物理化学性质,近年来逐渐应用于土壤污染修复领域,为此,有学者提出采用凹凸棒土替代膨润土作为垂直防渗墙材料。目前,已有学者开展了土-凹凸棒土常温下的渗透性和化学相容性方面的研究,但考虑填埋场中垃圾降解过程中会产生大量的热能,会导致填埋场内部温度高达60℃,在温度作用下土-凹凸棒土(本文采用的土为福建标准砂,故土-膨润土即为砂-膨润土)垂直防渗墙的防渗性将如何变化有待进一步研究。为解决以上问题,本文首先开展了温度对不同配比砂-凹凸棒土液塑限影响试验研究,分析了温度对不同配比砂-凹凸棒土液限、塑限和塑性指数的影响原因;进一步开展了不同凹凸棒土掺量AP、试验围压σ和温度T条件下砂-凹凸棒土的固结试验和渗透试验,明确了凹凸棒土掺量AP、围压σ和温度T对砂-凹凸棒土实测渗透系数kl的影响规律;基于太沙基固结理论计算砂-凹凸棒土的理论渗透系数kt,并建立凹凸棒土掺量AP及液限wL与理论渗透系数kt的定量关系;通过两种方法改进Kozeny-Carman方程预测不同温度条件下砂-凹凸棒土的渗透系数kP,并将其与理论渗透系数kt和实测渗透系数kl对比,提出采用该两种改良的Kozeny-Carman方程来预测不同温度条件下砂-凹凸棒土渗透系数是可行的。具体成果如下:(1)开展了温度对砂-凹凸棒土液塑限的影响试验,结果发现四种凹凸棒土掺量的砂-凹凸棒土的液限wL、塑限wP和塑性指数IP与温度T均呈很好的线性关系,并且砂-凹凸棒土的液限wL和塑性指数IP随着温度的升高而减小,而塑限wP却随着温度的升高而增大,三者随温度的升高而增大或减小的幅度呈A100>A60S40>A30S70>A10S90。其中 A100、A60S40、A30S70 和 A10S90 分别代表凹凸棒土掺量为100%、60%、30%和10%的砂-凹凸棒土。(2)开展了不同温度作用下砂-凹凸棒土的固结试验,通过泰勒法和太沙基固结理论分别计算了砂-凹凸棒土的固结系数CV和理论渗透系数kt,发现固结系数CV和理论渗透系数kt均随凹凸棒土掺量AP的增加而减小,随温度T的升高而增大。同时,随着围压σ的增大,砂-凹凸棒土的理论渗透系数kt有所减小。(3)开展了不同温度作用下砂-凹凸棒土的渗透试验,结果发现实测渗透系数kl随着温度T的升高而增大,随着围压σ的增大而减小,随着凹凸棒土掺量AP的增大而减小。且围压σ越小,砂-凹凸棒土实测渗透系数kl对温度T的响应越明显;凹凸棒土掺量AP越大,砂-凹凸棒土实测试样渗透系数kl对温度T的响应越明显。(4)基于实验数据,提出了两种预测砂-凹凸棒土渗透系数的方法。方法一:利用液限wL取代KC方程中的比表面积SSA;方法二:利用凹凸棒土掺量AP和试验围压σ改良KC方程。分别将两种方法得到的预测渗透系数kP与理论渗透系数kt和实测渗透系数kl进行对比,结果表明,两种方法不仅适用于常温情况下砂-凹凸棒土渗透系数的预测,也适用于变温条件下砂-凹凸棒土渗透系数的预测。
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