基于电学热学参数的有机物污染场地工程特性评价方法研究

发布时间：2019-05-12 18:23

【摘要】：在我国城市化发展进程中,有机污染物已成为工业场地主要污染源之一。土体污染后工程性质会发生显著改变,如何快速准确地对有机物污染场地进行评价和分类是环境岩土工程迫切需要解决的课题。电阻率和热阻率是土体的基本物理性质,在土体污染前后有明显差异。本文系统研究了有机物污染土体的电阻率、热阻率特征及其变化规律,并基于层次分析法建立了有机物污染场地分类评价体系,旨在为有机物污染场地的评价提供科学依据。论文以国家自然科学基金重点项目(No.41330641)、国家自然科学基金项目(No.41202203)为依托,以南京地区典型长江漫滩相粉质黏土和下蜀黏土为研究对象,以0#柴油、煤油、4.5%氯氰菊酯乳油为典型有机污染物,采用室内试验、模型试验、理论分析和现场试验相结合的方法,对有机物污染土体的物理力学特性和电学热学特性进行了系统研究,建立了有机物污染对场地工程特性影响的评价体系。主要研究内容和成果如下:(1)系统总结了有机物污染土的工程特性和评价方法的研究进展,对有机物污染土的物理力学特性、电学特性、热学特性、工程性质评价方法等方面的研究进行了分析,指出其需要解决的问题。(2)深入研究了有机物污染土的物理力学特性和微观结构变化规律。通过室内试验,研究了污染物含量对有机物污染土物理力学特性指标的影响。试验结果表明,油类污染土的液限、塑限和塑性指数均随含油率的增加而减小;农药污染土的液限、塑限和塑性指数则随农药含量的增加而增大;有机物污染土体的直剪强度随含水率的增加而减小,粘聚力和内摩擦角均随着污染物含量的增加而减小;有机污染物改变了土颗粒的微观结构,土颗粒受有机物污染后,团聚现象明显;有机物污染对土体矿物成分无影响。(3)采用温纳(Wenner)四电极法对有机物污染土的电阻率进行测试,分析了含水率、污染物含量、饱和度、孔隙率等因素对土体电阻率的影响。对于油污染土,引入“体积含液率”和“油水饱和度”两个指标,分析了油水二相体对土体电阻率的影响。以未污染土体电阻率为基数对污染土的电阻率归一化,定义了“电学污染系数PΩ”和“体积含液比θ",建立了油污染土的四相电阻率计算模型。研究结果表明,饱和度相同时,油污染土电阻率随体积含液率的增加而线性增大;体积含液率相同时,电阻率随油水饱和度的增加呈幂函数关系降低。其它条件相同时,农药污染土电阻率随污染物含量增加呈幂函数关系增大,随含水率、饱和度的增加而指数关系减小。污染土电阻率的变化幅度与土体污染程度具非线性相关性,电阻率可作为土体污染程度的评价指标。(4)采用非稳态热探针测试技术对土体污染前后的热阻率进行测试,研究了含水率、污染物含量、饱和度、干密度等因素对污染土体热阻率的影响规律,分析了体积含液率、油水饱和度与土体热阻率之间的相关关系。以未污染土的热阻率为基数,对污染土热阻率进行归一化处理,提出了以“热学污染系数PK”为参数的油污染土的热阻率计算公式。试验结果表明,含油率相同时,试样热阻率随含水率、水饱和度的增加而呈指数函数关系减小;含水率相同时,热阻率随含油率的增大而线性增加,随干密度的增大而非线性关系减小;饱和度相同时,油污染土的热阻率随体积含液率的增加而线性增大。体积含液率相同时,热阻率随着油水饱和度的增加呈指数函数关系降低。另外,土体的热阻率和电阻率与饱和度之间在双对数坐标上存在线性相关关系。(5)设计并开展了不同含水率、不同含油率的柴油污染土的电阻率孔压静力触探(电阻率CPTu)模型试验,测试了不同状态下土体的锥尖阻力、侧壁摩阻力和电阻率,同时,采用两电极法测量了贯入过程中土体的电阻率。测试结果表明,电阻率CPTu与室内Wenner四电极法所测电阻率基本相同,两电极法所测电阻率值比电阻率CPTu所测电阻率值大。含油率相同时,电阻率随含水率的增加而减小;含水率相同时,电阻率随含油率的增加而增大。锥尖阻力和侧壁摩阻力随含水率、含油率的增加而减小。可通过电阻率、锥尖阻力和侧壁摩阻力的变化幅度估算油污染土的污染程度。(6)通过某复合污染场地的电阻率CPTu测试,取得了锥尖阻力、侧壁摩阻力、电阻率等参数,并对现场所取土、水样分别进行了 X射线荧光光谱分析(XRF)、挥发性气体及常规参数分析。结果表明不同种类污染物对土体电阻率、锥尖阻力、侧壁摩阻力及土体颗分、pH等影响不同,受污染物影响较明显的深度在4 m左右。(7)以土性变化参数、土体物理力学参数和场地污染成分参数三者为准则层,以污染物种类、污染物含量、用地类型、土体电阻率、热阻率等参数为指标层,采用层次分析法构建了有机物污染场地污染状态的评价体系。提出了场地污染指数SQ,通过计算赋予指标层各指标相应权重,根据各指标不同赋予其[0,100]中的分值,加权计算出场地污染指数SQ,根据SQ对有机物污染场地的污染状态进行了分类。室内外污染土应用分析表明,评价结果与实际污染情况相符,所建立的评价体系具有推广应用前景。
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【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X131.3;TU411

【引证文献】