我国东南沿海地区分布着大量含水量高、渗透性差、压缩性高的软弱土,随着城镇化进程与人类活动的影响,软弱地基土受到污染的面积也越来越大。环境部和国土部在2014年对我国土壤污染进行普查并发布了污染数据报告,发现污染情况不容乐观,各类典型地块土体污染物超标点位占比在25%以上。软弱地基土被污染后其渗透性能、液塑限等土性参数都会发生较大的变化,用传统的方法进行加固和修复较难达到理想的效果。已有大量研究表明,电渗加固和电动力学修复技术在低渗透性土体加固和修复中优势明显。城镇化不断发展需要获取更多的可建设和利用的土地资源,滨海地区污染地基土加固和修复的相关研究工作亟待开展。本文在前人研究的基础上从室内宏观微观试验、耦合理论模型及其解析解、Comsol数值模拟和现场试验4个方面对污染地基土(生活源有机污染土和重金属无机污染土)加固和修复进行了系统性的试验和理论研究。本文主要的研究工作和成果包括:(1)生活源有机污染土试验:经过27组对比试验得出影响被“渗滤液”等污染后土体电渗排水加固效果的主次因素顺序和最优水平组合。室内配制的生活源污染地基土中Na+、K+、Mg2+、Ca2+等离子浓度较高,含有一定浓度的有机物和CH3COOH-(有机酸根)等离子,土体中复杂的有机无机组分造成了电极严重腐蚀以及pH更明显的变化,也影响了土体的抗剪强度。针对被污染土体复杂的孔隙液组分,本文基于含水量的非均匀变化假设建立分段函数得到电导率和排水量的经验公式。最后笔者针对性提出黏土被污染以后电渗加固排水的方案设计建议。(2)重金属无机污染土试验:基于改进的电动土工合成材料(EKG)电极开展多组不同螯合剂对比试验并提出了适合于加固修复过程中污染土“基于土体温度、含水量、电导率的土体污染物浓度计算方法”。分析pH、zeta电势、能耗、电导率等参数变化规律并发现不同试验组阴极池(排出液)的电导率的变化明显分为三个阶段,通过多组试验阴极池中电导率和重金属的浓度进行数据拟合得到两者的经验关系。阐述了重金属解吸附和金属电极反应与Cu(II)-EDTA的螯合物竞争干扰修复的机理,发现金属电极反应产生的Fe3+会影响重金属的去除率10.6%左右,在室内试验中笔者建议使用电动土工材料,能够避免电极反应带来的负面作用。针对EKG电极定量计算得到其“搭接孔隙”数量变化规律,结合电镜图片和试验观察分析了 EKG电极接触电阻较小的原因。(3)耦合理论研究:以往关于土体施加电场以后的研究往往单独关注电渗固结或者重金属污染物迁移修复作用,关于污染物迁移与土体变形两者之间的耦合作用的相关理论研究仍然处于起步阶段。本文重点考虑电迁移、电渗流和扩散等过程,分别推导出液相和固相中吸附平衡式,得到电场作用下污染物在固相中的吸附为Langmuir和Freundlich吸附模式的一维污染物运移方程,从而将吸附在固体颗粒上的污染物浓度项引入到污染物运移模型中,考虑了土体变形对污染物运移的影响,最终得到考虑固相吸附作用和土体变形的电动力学修复模型。(4)解析解及数值模拟:结合Esrig电渗固结理论、电动力学污染物运移理论以及不考虑体力的Biot固结理论推导了考虑土体变形和固相吸附作用的电场作用下污染物在变形多孔介质中运移的一维数学模型。基于实际情况对方程进行简化,推导得到模型的解析解。将解析解与室内试验数据进行对比,并与Comsol有限元法求得的数值解进行对比,综合验证了解析解求解结果的正确性。利用数值模拟软件Comsol对不同电势、不同通电时间下考虑土体变形和不考虑土体变形的污染物浓度分布情况进行了计算,发现随着电势梯度的提高阳极附近土体重金属的平均“污染物去除率差值”逐渐升高,施加电压25 V通电720 h之后阳极附近的“污染物去除率差值”为6.42%。但是高电压作用下随着通电时间不断延长,考虑土体变形作用对于污染物浓度分布的影响变得越来越小。(5)现场试验:分析发现现场土体中含有多种重金属并且存在竞争解吸附作用,导致单一重金属去除率明显下降;过量的富里酸影响了土体pH进而对排水速率和重金属运移产生了影响;结合“尺寸效应”对室内和现场试验的差异进行了分析。