可溶性单糖作用下污染土形成与土工性质时空演化

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成分复杂的生活源污染质在土体内渗流的过程中,其有机成分在土体中不断降解,与土体间产生复杂的物理-化学、生物-化学反应,改变着土体的结构和性质。生活源有机污染质降解作用下污染土场地土体土工性质的时空演化规律,是生活源污染土场地科学评价与工程治理的基础和前提。本文采用现场勘测、室内土工试验、理论分析相结合的方法,首先划分了生活源污染土场地的空间结构,然后以葡萄糖为代表性生活源有机污染质可溶性单糖,测试分析了可溶性单糖渗流-降解作用下污染土场地的形成过程及黏土体土工性质的时空演化规律,建立了可溶性单糖作用下生活源污染土场地污染黏土体土工性质时空演化函数模型,明确了生活源污染土场地形成阶段的判断依据,最终揭示了可溶性单糖降解作用下黏土体土工性质的演化机理。取得的主要成果如下:(1)生活源有机污染质可溶性单糖厌氧降解特征:发现了黏土体中代表性生活源污染质可溶性单糖(葡萄糖)降解率与厌氧降解时间呈明显的线性关系,p H值与厌氧降解时间呈分两段线性的“折线型”关系;以降解率39.78%为界,将黏土体中葡萄糖厌氧降解过程划分为“产乙醇和CO2”、“产酸”两个阶段。(2)生活源污染土场地空间结构划分:现场勘测并分析了徐州市房村镇某乡村道路废弃垃圾场周缘污染土场地工程地质条件,以对黏土体土工性质产生影响的不同作用方式(渗流作用、蒸发作用、化学作用)为依据,将生活源污染土场地划分为渗流-化学作用区(S-C区)、蒸发-化学作用区(E-C区)和化学作用区(C区)三个空间区域。(3)葡萄糖厌氧降解下“S-C区”黏土体渗流特征、葡萄糖运移的时空响应:时间上,随着葡萄糖渗流时间的增加,黏土体渗透系数呈指数下降,黏土体中葡萄糖含量先增加后下降(渗流深度越大拐点出现越早)。空间上,随着与污染源距离的增加,孔隙水流速逐渐降低直至为零,黏土体中葡萄糖含量逐渐下降。(4)葡萄糖厌氧降解下“C区”黏土体力学性质、变形的时空响应:时间上,随着葡萄糖厌氧降解时间的增加,污染黏土体强度和抗变形能力逐渐下降,黏土体承载力特征值和压缩系数以降解9-12天(葡萄糖降解率39.78%-44.20%)为界,均呈明显分两段线性的“折线型”关系。空间上,污染黏土体强度(抗变形能力)和与污染源距离在葡萄糖厌氧降解初期为负相关,而在厌氧降解后期为正相关。(5)葡萄糖厌氧降解下“E-C区”黏土体蒸发失水、裂缝发育特征的时空响应:时间上,未降解的葡萄糖可提高黏土体保水能力,随着葡萄糖厌氧降解时间的增加,污染黏土体保水能力下降,污染密实黏土体蒸发裂缝发育程度增大,污染泥浆蒸发裂缝发育程度先增大后减小。空间上,随着与污染源距离的增加,黏土体蒸发失水能力增强,密实黏土体蒸发裂缝发育程度在降解初期逐渐变大,在降解后期逐渐变小,而泥浆蒸发裂缝发育程度持续变小。(6)可溶性单糖降解下污染土场地黏土体土工性质时空演化规律:葡萄糖入渗黏土体后发生厌氧降解,使黏土体渗透、强度、变形等性质明显改变,可形成污染土;黏土体渗透系数随葡萄糖渗流时间的增加持续降低;随着污染时间的增加,无蒸发作用影响区域的污染黏土体强度和抗变形能力稍有升高后持续下降,蒸发作用影响区域的污染密实黏土体蒸发裂缝发育程度逐渐增大;生活源污染土场地形成后,污染黏土体强度和抗变形能力的空间分布表现为,在污染物正下方随深度的增加逐渐增加,而在污染物外侧下方以潜水面为界随深度的增加先降低后升高;葡萄糖浓度越大的生活源污染液,在土体中渗流产生的污染土范围越小,但对土体土工性质弱化效果越强。(7)葡萄糖厌氧降解下黏土体土工性质演化机理:随着黏土体中葡萄糖的降解,其对黏土体土工性质的各影响机制的主次关系由主及次依次为“生成CO2气体改变土体结构”、“生成含羧基的有机质溶解碱性氧化物”、“与孔隙水分子间形成氢键”。(8)可溶性单糖作用下生活源污染土场地形成过程及污染土场地形成阶段的确定:可溶性单糖作用下生活源污染土场地的形成主要经历“生活源污染液产生|S-C区形成”、“S-C区收缩|E-C区和C区形成”、“S-C区消失|E-C区和C区收缩”三个阶段;根据渗流特征参数、强度参数、压缩性参数、蒸发开裂特征参数间的组合关系,确定了生活源污染土场地所处形成阶段的判断方法。该论文有图123幅,表42个,参考文献271篇。
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