生活垃圾污染粘土的微观结构与渗透特性.pdf

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1、VoI．41NO．2水文地质工程地质第4l卷第2期Mar．2O14HYDR0GE0L0GY＆ENGINEERINGGE0L0GY2014年3月生活垃圾污染粘土的微观结构与渗透特性王勇，曹丽文，温文富，霍攀(中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221l16)摘要：在建立生活垃圾污染模拟试验装置的基础上，制备了深度为22．5cm、45．Ocm、67．5cm和90．Ocm的污染粘土，分别通过扫描电镜(SEM)和变水头渗透试验测定了污染粘土的渗透特性和微观结构，采用MATLAB软件计算了污染粘土的微观结构参数。研究表明，粘土遭受生活垃圾污染后渗透性降低；随着污染深度的

2、增加，污染粘土总孑L隙面积、表观孔隙比和平均孑L径逐渐增大，渗透系数逐渐提高；粘土孔隙逐渐由以小孑L和中孔为主演化为以大孑L和超大孑L为主。关键词：污染粘土；微观结构；渗透特性；量化分析中图分类号：P642．5文献标识码：A文章编号：1000．3665(20l4)02-0138—05污染物质在土体中长期扩散、运移和沉淀，对土体结观孔隙比和平均孑L径等微观结构参数，分析了孔径分构和性质产生重要影响。因地基腐蚀变形而造成建筑物布特征及其随污染深度的变化规律，为建立污染粘土破坏的事故屡见不鲜。因此，研究污染土的腐蚀机理、渗透特性与微观结构的相关性奠定基础。物理力学性质及

3、其微观结构，对预测地基土体变形，稳定1生活垃圾污染模拟试验T程建设质量，提高经济环境效益具有重要意义。自20世纪70年代始，国内外学者逐渐从污染土1．1试验模拟装置的建立的腐蚀机理、物理力学性质和微观结构等角度开展研以生活垃圾填埋场衬垫结构为原型，以相似准则究工作。通过现场提取工业废碱液和石油污染物等制为依据，建立了生活垃圾污染模拟试验装置。该装置备污染土，研究土体腐蚀后压缩性、膨胀性和击实性等由生活垃圾层、砂砾排水层和压实粘土层构成，可用于的变化特征“。通过人工配制不同浓度盐酸、氢氧模拟研究渗滤液渗流及其作用下粘土工程性质和微观化钠溶液对路基粘性土的浸泡试验，研

4、究不同污染质结构的变化规律(图1)。对粘性土物理力学性质的影响特征“。目前，土体生活微观结构主要通过仪器设备如透射电镜(TEM)和扫垃圾层描电镜(SEM)等观测土体微观结构图像，定性分析土体微观结构特征j，应用计算机图像处理技术如砂砾排水层Photoshop等软件及分形理论，定量提取土体微观结构参数”。但污染土微观结构与宏观性质的相关性取样孔1研究仍处于探索阶段。本文通过生活垃圾污染模拟试验装置的建立，制取样孔2压实备了污染深度为22．5om、45．0cm、67．5cm和90．0cm粘土层取样孔3的污染粘土试样，通过扫描电镜试验和变水头渗透试验测定生活垃圾污染粘土

5、和未污染粘土的微观结构和取样孔4渗透特性，利用MATLAB软件提取了总孑L隙面积、表图1生活垃圾污染模拟试验装置示意图Fig．1Experimentaldiagramshowingtheexperimental收稿日期：2013-02—20；修订日期：2013—05—30apparatusofthesimulationofdomesticwastecontamination基金项目：国家自然科学基金项目(41372326)；江苏省普通高首先，粘土选自江苏省徐州市中国矿业大学南湖校研究生科研创新计划项目(CXZZ13_0945)校区周边农田，试验测定了粘土的基本土工

6、性质(表作者简介：王勇(1985一)，男，博士研究生，研究方向为环境工程地质。1)。经过除杂、风干和过筛，将粘土逐层压实填人试通讯作者：曹丽文，E-mail：caoliwen@curet．edu．cn验装置，土柱高度约为lOOcm。装置外侧设置了四级王勇，等：生活垃圾污染粘土的微观结构与渗透特性窝结构逐渐形成。生活垃圾污染后，平均孔径减小，随污染深度的增加，污2．2渗透系数的测定染粘土的最大孔径、最小孔径和平均孑L径均逐渐增大。采用变水头渗透试验对污染深度为22．5cm、表5污染粘土的基本子L径参数45．0cm、67．5cm与90．Ocm的污染粘土和未污染粘土Ta

7、ble5Basicporesizeparametersofthecontaminatedclays(空白)的渗透系数进行测定(表3)。结果表明，粘土在遭受生活垃圾污染后，渗透性降低，随着污染深度的增加，渗透系数逐渐增大，且增大的程度逐渐减弱。表3污染粘土的渗透系数Table3Permeabilitycoeficientsofthecontaminatedclays污染深度(cm)22．545．067．590．0空白3．3孔径分布参数的确定渗透系数(x10。cm／s)85720．2035．6038．8O57．10利用find和ismember等函数，依据微观结构孔径

8、参数基本特