近年来,包气带中六价铬的污染问题日趋严重,并且由于六价铬会通过包气带转移到地下水中,对地下水造成潜在威胁。因此,研究六价铬在包气带中的运移规律和模拟预测,对开展包气带和地下水中六价铬污染的防治与修复具有重要意义。目前,国内外对包气带中污染物扩散问题的研究主要是通过物理模拟和数值模拟两种方法。其中物理模拟的主要手段之一是小土柱试验,其具有成本低,周期短的特点,但是不能模拟实际土体的重力效应和边界条件,在进行污染物长期迁移观测方面有较大局限性。数值模拟的精度受限于输入参数和物理模型的准确性,因此很难对污染扩散过程作出准确预测。本文选用的离心模型试验可以在小比尺模型中模拟现场土体的应力场,较好地再现原型特性,为理论和数值模拟提供真实可靠的参数依据,并且可以大大缩短试验时间,从而使污染物长期扩散问题的研究成为可能。针对离心模型试验的特点,国内外已有学者利用土工离心机开展了污染物迁移的研究,但报道不多,这是由于土工离心机成本较高、操作复杂,难以实现大规模试验。然而室内台式离心机比较常见,成本低、易操作,于是本文选用室内台式离心机来开展离心模型试验。探索利用台式离心机模拟六价铬运移规律的可靠性,针对四川某污染场地土体及当地降雨条件,考虑了土体类型、土体结构、降雨率、pH值、吸附强度等因素,进行了一系列六价铬迁移变化的离心试验研究,并利用离心试验求得六价铬的水动力弥散系数和吸附参数。为了验证离心模型的可靠性,建立了与实际土体接近的大型土柱,由于大型土柱成本比较高、耗时、费力,所以本文只根据大型土柱中土体类型这一要素对离心模型进行了验证。台式离心机半径较小,所能模拟的空间和时间效应受到限制,故利用离心场下的数值模拟继续研究六价铬在包气带中的运移规律,从而延长六价铬运移的空间尺度和时间尺度。台式离心试验模型可以提供准确的数据,数值模拟可以延长空间和时间尺度,故是否能结合这两种方法成为一种技术,是本文的研究重点。最后采用这种结合的技术完成在污染场地实例验证,并对六价铬的迁移变化规律进行预测。主要研究成果如下:(1)当加入相同浓度的铬污染物时,在离心试验的不同离心加速度下,六价铬的迁移量和迁移距离相等;当运行时间一定时,离心试验条件下六价铬的迁迁移量、移速率与大型土柱中相同,数值模拟的六价铬迁移量、迁移速率与大型土柱中的也相同。因此,台式离心试验模型与数值模拟相结合的技术是可以用来研究包气带中六价铬迁移规律的。(2)在不同类型土体中,水分和六价铬在粉土中的吸附量比在砂土中的大,其在粉土中的迁移速率比在砂土中的小。在不同土体结构中,分层土体对水分迁移具有一定阻碍作用,并且下层土体使上层土体产生积水现象,尤其在三层土体中更明显。在不同降雨强度试验中,当减小降雨量时,六价铬迁移量、迁移速率也减小,迁移速率与降雨强度呈对数函数关系。六价铬在酸性条件下的迁移速率比在碱性条件的慢。(3)利用台式离心机求解了包气带六价铬运移参数,在含水率为0.1 cm~3/cm~3的粉土中,当离心运行46.08 min、57.6 min、69.12 min时,水动力弥散系数分别为4.804×10~(-4) cm~2/min、5.196×10~(-4) cm~2/min、5.608×10~(-4) cm~2/min;在含水率为0.1 cm~3/cm~3的砂土中,当离心运行46.08 min、57.6 min、69.12 min时,水动力弥散系数分别为6.685×10~(-4) cm~2/min、7.314×10~(-4) cm~2/min、8.008×10~(-4) cm~2/min。试验结果表明,水动力弥散系数随六价铬迁移深度的增大而增大。在含水率为0.1 cm~3/cm~3的粉土与0.1 cm~3/cm~3的砂土中,各个时段的吸附系数基本相等,平均值分别为0.1358 cm~3/g和0.1100 cm~3/g,表明在同一土体里,六价铬的吸附系数不随着六价铬迁移深度的变化而改变。数值模拟计算结果的迁移量、迁移速率与大型土柱的结果相同,说明离心试验求得的参数是可以用来计算六价铬迁移规律的。(4)当添加纳米氧化铝到土体中改变土体结构时,在添加纳米氧化铝的土体中六价铬迁移量和迁移速率降低,六价铬的迁移速率与纳米氧化铝的添加量呈二次多项式减函数关系,说明添加纳米氧化铝的土体能够有效阻碍六价铬迁移。(5)采用台式离心试验模型和数值模拟相结合的技术对污染区六价铬的迁移规律进行预测分析,预测结果表明:6.85年后污染区六价铬向下运移1~2 m,22.83年后污染区六价铬向下运移2~3 m,随着时间推移,六价铬将击穿粉土层,大幅度污染下层土体。
【学位单位】：成都理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X523
【部分图文】：
矿物成分 蒙脱石 伊利石 高岭石 绿泥石含量（%） 38 28 28 63.3 饱和导水率的测定测定粉土或粘性土的饱和导水率时主要用变水头法，故本试验测采用变水头法。试验步骤如下：先将土样填入土柱里面，夯实，将环刀内壁涂上凡士林防止边壁流，用环刀插入土柱取土样，然后进行抽气饱和（抽气装置如图 3-2），之后一起固定在渗透容器中，并固定透水石和密封圈，拧紧螺母，然后连接变水头管与容器进水口管，使水流过容器，排尽空气，关闭排气阀，等待实验开始。调整变水头高度，使得水头高度为 165 cm，实验开始，记录开始时间，当溢出口有水流出时，记录结束时间，记录水头高度变化，最后测量水温。重复以上步骤 3 次，结束实验。
室内台式离心机，型号 TD-5Z，购于四川蜀科最大转速：5500 r/min，最大离心力：4650 g质，圆柱体，底部半径 2.0 cm，高 15.0 cm。
图 4-3 离心管品先对砂土进行了烘干，然后将砂布均匀，最后将配好的土样分层。每装一层，要均匀夯实，保证从边壁渗漏。为了保证两层土样表面划毛。己按溶液浓度配制，在土体中六价选用重铬酸钾，分析纯，购于四系），孔径 0.22 μm，购于四川科I）离子的仪器是火焰原子吸收光
【参考文献】
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2856892
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