垂直防渗帷幕是简易填埋场采取的主要防渗措施,为提高已建填埋场的污染控制标准,有必要降低防渗帷幕的渗透系数进而提升其阻隔性能。微生物能附着于多孔介质表面形成生物膜占据孔隙体积,进而降低其渗透系数,但前期研究中载体大都为单一无机材料,微生物固着量较少,渗透性降幅有限,且生物膜形成机理及影响因素等尚不明确。因此,本文引入有机纤维与传统粉土、粉细砂组成复合材料,选用垃圾渗滤液中的常见菌种大肠杆菌作为生物试剂,首先对微生物在素土及不同种类纤维材料上的固着与分布特性分别进行分析,探讨微生物在不同载体上的固着机理;并从中选取最佳载体材料,探究纤维掺量对微生物膜渗透特性的影响,以期增大微生物固着量,大幅降低复合材料渗透系数;基于复合材料形成生物膜,进一步探究其渗透性对环境条件的响应,考虑影响因素包括土质类型、酸碱性、盐度、水力梯度等;同时对复合材料及生物膜结构进行细观表征,从宏微观两层面、物理化学生物多角度揭示微生物固着成膜机理;最后基于有限元软件对污染物在防渗帷幕中的迁移规律进行研究,分析了各种因素对污染物击穿帷幕时间的影响。取得了相应的研究成果:(1)土颗粒表面和水介质之间的固-液分界面为微生物的固着和生长提供了理想的环境,微生物能够固着于土颗粒表面,并且土体中微生物量随时间不断增加,其中低生物量区主要分布在土样中上部,高生物量区主要分布在土样下部,体现出随渗流路径递减的趋势;相比于其他纤维材料,碳纤维具有更佳的生物相容性,微生物在碳纤维表面表现出最优异的固着率。(2)具有良好生物亲和性的碳纤维作为最佳固着载体,对微生物淤堵作用起到了促进作用。结果表明,相比于未掺加纤维的素土试样,微生物对纤维加筋土样的防渗效果更为显著;当碳纤维含量为0.20%时,生物膜淤堵作用在高水头条件下保持最优,土体渗透系数在较短时间内降低2-3个数量级,达到隔离墙防渗性要求。(3)土体孔隙尺寸在保持微生物活性方面起着非常重要的作用。试验结果表明,微生物在土体内的生长与繁殖需要一定的空间,微生物淤堵的效果随着黏土含量的增加而降低。当微生物在孔隙尺寸较小的多孔介质中生长繁殖时,微生物的生长除了会受到空间的限制,可能还会受到自身数量的限制作用。(4)生存环境中的pH值对微生物的生长有着更为显著的影响。试验结果表明,微生物淤堵作用在pH值为7时达到最优,过高或过低的pH值会降低酶的活性,破坏细胞膜的稳定性,抑制微生物对营养物质的吸收。(5)盐度对微生物淤堵效果的抑制作用较小。试验结果表明,试验初期,渗透系数对盐度变化的敏感度较低;随着试验的进行,渗透系数降低速率随盐度的增加而降低。这是由于高盐度环境下微生物的代谢酶活性受阻,生长缓慢。(6)不同水平以及不同加载方式的水流剪切力对微生物淤堵作用有着显著的影响。试验结果表明,成梯度增加的水流剪切力可显著增加细胞的粘附能力,而单一加载较高的水力梯度,不利于细胞的粘附,导致微生物在短时间内的大量脱落。(7)防渗帷幕渗透系数及厚度、填埋场水头、帷幕材料的扩散系数及阻滞因子对污染物的运移具有显著影响。水头越低,帷幕渗透系数越小,厚度越大,帷幕对污染物的阻滞效果越好,污染物的击穿时间越长;在低渗透性条件下,击穿时间对扩散系数的变化较敏感;阻滞因子对击穿时间的影响较大,仅是小数级的变化,就可使击穿时间相差十几年。(8)与传统的水泥系防渗帷幕相比,利用微生物技术进行防渗帷幕的改良大大降低了碳排放量,有利于保护生态环境,这也是岩土工程界在建设“资源节约型、环境友好型”社会过程中的具体实践与努力方向。