海泡石改性土-膨润土泥浆阻截墙阻截地下水重金属阳离子污染

为探究海泡石的添加对土-膨润土泥浆阻截墙材料的施工和易性、渗透性,以及对地下水重金属阳离子污染阻截性的影响,采用天然海泡石对土-膨润土泥浆阻截墙改性,并以铅污染为代表,进行了坍落度实验、渗透实验和吸附实验。结果表明：添加海泡石不会对土-膨润土-海泡石阻截材料施工和易性造成太大影响,海泡石掺量从0增加至30%,满足目标坍落度要求的含水率仅增加1%;在实验掺量范围内海泡石对泥浆阻截材料渗透性能的影响较小,材料渗透系数均小于10^-7 cm/s,能够满足工程要求;材料对Pb²⁺的吸附是以化学吸附为主的吸附过程,海泡石掺量分别为0、5%、10%和20%时,泥浆阻截材料对Pb²⁺的吸附量依次为89.73、112.52、140.85、183.40 mg/g,温度降低,阻截材料吸附量也随之减少。在铅污染液的作用下,土-膨润土-海泡石阻截材料渗透系数逐渐上升,海泡石的存在能够延缓Pb²⁺对该阻截材料的侵蚀;渗出液pH和Pb²⁺质量浓度变化表明,在实验时间内阻截材料仍然起着阻截作用。     

水泥-膨润土泥浆配比对防渗墙渗透性能的影响

作为一种垂直防渗墙体材料,水泥-膨润土泥浆已在欧美等一些国家被广泛应用于垃圾填埋场的垂直防渗系统中,而国内对此类墙体材料的研究和应用较少。通过对不同配合比的水泥-膨润土泥浆固结体进行渗透试验,研究了原材料对泥浆固结体渗透性能的影响以及渗透性随龄期变化的情况。试验结果表明,水泥和膨润土对固结体渗透系数的影响相互依赖,只有在水泥用量达到一定程度后,增加膨润土用量才能有效地降低固结体的渗透性能;随着龄期的增加,水泥-膨润土泥浆固结体的渗透系数明显降低。     

添加沸石对黏性土-膨润土竖向隔离墙材料压缩和渗透特性的影响

土-膨润土系竖向隔离墙广泛应用于工业污染场地和地下水修复工程。通过坍落度和一维压缩固结试验研究添加沸石对黏性土-膨润土竖向隔离墙材料的工作性,以及压缩和渗透特性。黏性土选用高岭土,沸石-高岭土-膨润土试样中沸石掺量为2%～40%。试验结果与以往沸石-砂-膨润土竖向隔离墙材料以及击实沸石-膨润土混合土研究结果进行对比,明确沸石掺量和粒径对压缩和渗透特性的作用规律。试验结果显示,满足隔离墙材料施工要求的含水率范围随沸石掺量增加而增大,并处于液限的0.96～1.18倍。添加细颗粒沸石对试样的压缩指数和渗透系数影响较小,渗透系数小于10-9 m/s。相反,添加粗颗粒沸石将导致微孔隙尺寸增大,并形成水能够通过的沸石网架结构,将显著增大渗透系数。试样渗透系数能够通过考虑孔隙比和液限的经验公式进行良好的预测。     

兰州富水砂卵石层土压平衡盾构渣土改良研究

兰州地铁1号线穿越(2)~(-10)和(3)~(-11)地层,主要为砂卵石层,大部分处于地下水位以下,渗透性极强。采用土压平衡(EPB)盾构施工时,除了容易出现刀盘、螺旋输送机扭矩过高,磨损严重等现象外,还极易造成螺旋输送机喷涌,酿成工程事故,因此,需要对砂卵石层进行改良以保证盾构施工的安全。采用膨润土泥浆和泡沫对砂卵石进行改良试验,得到不同改良方案渣土的塌落度、渗透系数和钢桶侧壁的摩擦系数。在塌落度满足15~20 cm要求的前提下,通过理论计算,得到了既能满足盾构和易性要求,又能使螺旋输送机保持土压平衡、防止喷涌的改良配比方案。工程实践表明,泥浆和泡沫混合掺入比分别为7%和8%的配比方案改良效果最佳,可为土压平衡盾构在兰州市富水砂卵石层施工中渣土改良和螺旋输送机防喷涌提供参考。     

膨润土改性黄土衬里防渗性能室内测试与预测

试验测定了膨润土改性黄土试样的渗透系数,研究膨润土改性黄土用作废弃物填埋场衬里的可行性,为天然黏土匮乏地区防渗材料本土化提供依据。选取两种代表性黄土,即黏性较大的兰州黄土(LH)和砂性较大的榆林黄土(YH),分别向其中添加不同比例的两种膨润土后击实成样,利用柔性壁渗透仪测定改性黄土的渗透系数,分析了改性黄土渗透系数随膨润土添加率增大的变化规律,确定了满足衬里防渗要求的膨润土添加率。利用扫描电镜照片统计了改性黄土的孔隙特征参数,发现添加膨润土后黄土中原有的大孔隙被充填或分隔成更多的中、小孔隙,有效阻滞了渗流液体通过,从微观结构的角度揭示了改性黄土渗透性降低的实质。依据实测数据建立了膨润土改性黄土的渗透回归模型,据此可以预测不同添加量的膨润土改性黄土的渗透系数。     

环保型EC隔渗墙新工法及其材料性质研究

随着都市化的进程,城市周边环境的复杂化,基坑数量的增多和深度的增大,基坑地下水控制变得日益重要.介绍日本研发的环保型EC墙隔渗帷幕新工法,包括EC墙工法概要、优点、应用领域和墙体材料性质.研究表明,该工法具有很好的隔水性能、耐久性好、易施工、不排土、环保等优点;墙体材料渗透系数小于10-8m/s,止水性极好;在力学性质上,呈现出很好的韧性、不易产生裂缝、变形追随性强的特点.     

废旧轮胎胶粉对高岭土变形和渗透性质的影响

废旧轮胎胶粉用于填埋场衬垫材料改性,是提高衬垫系统有效性和扩展废旧轮胎资源化利用途径的一种手段。以高岭土作为黏性土的代表,开展废旧轮胎胶粉-高岭土混合土的力学和水力学性质试验,重点探讨胶粉掺量及尺寸对混合土渗透性、压缩性和收缩性的影响规律。研究表明,废旧轮胎胶粉-高岭土混合土的渗透系数、压缩系数、回弹指数、固结系数和体缩率等均随胶粉掺入比的增加而增大。高岭土及混合土的无侧限抗压强度大于200kPa,50kPa和200kPa压力下渗透系数满足≤1.0×10-7cm·s-1的要求,均属于中压缩性土,且体缩率小于体积应变合格值4%。与30目胶粉相比,12目胶粉-高岭土混合土压缩性和回弹量较小、固结系数较大,胶粉尺寸对无侧限抗压强度、体缩率和渗透系数的影响不显著。在本文试验条件下,为提高黏土衬垫对有机污染物的吸附能力并满足渗透性、强度及变形的要求,12目25%胶粉改性黏土可作为填埋场黏土衬垫材料。     

无机盐溶液作用下砂-膨润土竖向隔离屏障材料化学相容性试验研究

土-膨润土竖向隔离屏障广泛应用于城市工业污染场地。化学溶液作用下屏障材料的化学相容性,即渗透系数及其变化程度,是评价防污性能的关键因素。通过柔性壁渗透试验研究重金属铅-锌复合、六价铬作用下砂-膨润土竖向隔离屏障材料渗透系数的变化规律。由于无机盐溶液中铅、锌、钙对膨润土双电层的压缩,铅-锌复合、钙溶液作用下屏障材料试样渗透系数随金属浓度升高而增大。铅-锌复合作用下,金属浓度增至500 mmol/L时试样渗透系数增幅达11倍,且无法满足防渗要求。相反,由于铬以阴离子络合形式存在,其对试样渗透系数影响相对小;与未污染状态测定结果相比,渗透系数增幅≤2倍。在膨润土孔隙比基础上,考虑无机盐溶液对膨润土膨胀特性的影响,建立无机盐溶液作用前后砂-膨润土竖向隔离屏障材料渗透系数统一预测方法。     

集成回填材料的渗透特性研究

本文在前人基础上改进渗透装置,通过自制多功能膨胀渗透仪在氮气加压为1.0 MPa条件下,测得沸石-膨润土-硫铁矿、凹凸棒石-膨润土-硫铁矿两组混合物在不同膨润土含量、压制载荷、压实密度、出水时间等条件下的渗透系数。实验结果表明:集成回填材料的渗透系数随时间的变化不大,基本满足达西定律。同一干密度和含水率条件下,不同混合物随着膨润土含量的增加,其渗透系数降低。膨润土含量占沸石混合物或者凹凸棒石混合物比例不小于60%时,二者混合物的渗透系数均满足高放废物处置中回填材料渗透系数小于7×10-10m/s的要求。但同等条件下,由于沸石为非粘性矿石,其具有孔隙大、渗透性好等特点,因此天然地下水在沸石混合物中比在凹凸棒石混合物中渗透得快。同一干密度和含水率条件下,不同混合物压实制样的载荷越大,其渗透系数越小,反之越大。压制载荷在50~100 MPa间时,混合物的渗透系数变化不大。通过进行混合物不同配比、不同影响因素对渗透特性影响的研究,为我国新型缓冲回填材料在未来地下工程中施工提供一定的理论依据。     

基于改进滤失试验的重金属污染膨润土渗透特性试验研究

通过改进滤失试验研究典型钠化改性钙基和天然钠基膨润土在重金属铅-镉以及铬作用下渗透系数的变化规律。研究发现,膨润土试样渗透系数在重金属铅-镉浓度小于6mmol/L时增幅较小,为2~3倍;当浓度超过10mmol/L时呈急剧增大的趋势。铬酸钾溶液作用下,钠化改性钙基膨润土的渗透系数低于未污染试样;天然钠基膨润土的渗透系数则增大2~8倍。两者差异归因于土-液相互作用下铬在不同pH-Eh环境中化学形态的不同。研究中钠化改性钙基膨润土浆液中铬以阴离子络合的六价铬形态存在,使得膨润土颗粒表面负电荷密度趋于增加,因而保持和促进膨润土的分散状态。天然钠基膨润土浆液中铬则出现以阳离子形态存在的三价铬,显著挤压膨润土颗粒双电层,导致膨润土颗粒团聚。综合国内外研究总结无机盐溶液作用下膨润土化学相容性随污染程度变化规律,发现渗透系数比与离子强度关系存在一临界值,当离子强度达到该临界值则渗透系数将呈数量级增大。     

无机盐溶液作用下砂-膨润土竖向隔离屏障材料化学相容性试验研究

土-膨润土竖向隔离屏障广泛应用于城市工业污染场地。化学溶液作用下屏障材料的化学相容性,即渗透系数及其变化程度,是评价防污性能的关键因素。通过柔性壁渗透试验研究重金属铅-锌复合、六价铬作用下砂-膨润土竖向隔离屏障材料渗透系数的变化规律。由于无机盐溶液中铅、锌、钙对膨润土双电层的压缩,铅-锌复合、钙溶液作用下屏障材料试样渗透系数随金属浓度升高而增大。铅-锌复合作用下,金属浓度增至500mmol/L时试样渗透系数增幅达11倍,且无法满足防渗要求。相反,由于铬以阴离子络合形式存在,其对试样渗透系数影响相对小;与未污染状态测定结果相比,渗透系数增幅≤2倍。在膨润土孔隙比基础上,考虑无机盐溶液对膨润土膨胀特性的影响,建立无机盐溶液作用前后砂-膨润土竖向隔离屏障材料渗透系数统一预测方法。     

重金属作用下改性水泥系隔离墙化学相容性研究

水泥系隔离墙被广泛应用于工业污染场地修复工程,但其防渗性能有待改善,且在高浓度、毒理性重金属污染作用下的化学相容性有待研究。通过室内试验研究了不同粒化高炉矿渣（GGBS）掺量、膨润土掺量和固化剂总掺量对水泥系隔离墙的强度和渗透特性的影响;综合考虑成墙效果和成本,选出固化剂掺量为20%（水泥、粒化高炉矿渣和膨润土掺量分别为8%、8%和4%）作为改性水泥系竖向隔离墙的最优配比。通过柔性壁渗透试验研究了重金属锌、铅污染作用下改性水泥系隔离墙试样的化学相容性。结果表明,重金属溶液作用下试样防渗性能的下降由重金属种类、重金属浓度以及试样孔隙液pH值三者共同决定。重金属种类对防渗性能的不利影响为：硝酸锌-硝酸铅>硝酸锌>硝酸铅。锌、铅溶液作用下试样的渗透系数为自来水作用下渗透系数的1.49～10.10倍,且重金属溶液的浓度越高渗透系数越大。在满足防渗要求前提下,该配比墙体材料能阻挡50 mmol/L的硝酸锌污染液、100 mmol/L的硝酸铅污染液和10 mmol/L硝酸锌-硝酸铅污染液。     

有机污染物在含土工膜复合隔离墙和含水层系统的运移半解析模型

为评估土工膜与土-膨润土组成的复合隔离墙对有机污染物的防污性能,建立了污染物在源区域发生降解扩散时透过复合隔离墙的一维瞬态扩散模型。通过拉普拉斯变换和Talbot数值反演获得了模型解。第3类入流边界条件下,考虑源区的扩散和降解时,第1类隔离墙(土工膜/土-膨润土)和第2类隔离墙(土-膨润土/土工膜/土-膨润土)100 a的击穿浓度分别较源浓度恒定时减少了59%和53%。由于假设土工膜渗透系数高于10^–12 m/s,污染物在复合隔离墙中的对流作用不能忽略,因此,采用第2类复合隔离墙使土-膨润土能更好地发挥主导隔离作用。将土工膜的渗透系数从10^–10 m/s减少到10^–16 m/s,第1类复合隔离墙的击穿时间从26 a增加到188 a,第2类复合隔离墙的击穿时间从32 a增加到81 a。利用抽水井调整墙体内外为负水头差及提高源区的污染物降解能力,可使隔离墙的防污性能得到较大提升。     

砂-膨润土混合屏障材料渗透性影响因素研究

膨润土因具有渗透性低、阳离子交换能力高等优点被认为是最适合高放废物深地质处置库中屏障系统的缓冲材料,工程实践发现随着水化过程的进行,纯高压实膨润土强度不断降低,并最终影响到工程屏障系统功能的发挥。针对这一问题,在膨润土中加入一定比例的石英砂,可以有效地提高工程屏障的热传导特性、压实性、力学强度和长期稳定性,降低工程造价。本文研究了影响砂-膨润土混合物渗透性的主要因素,包括膨润土含量、粒径分布、含水量和干密度、压实方法以及膨润土类型等。结果表明,砂土混合物渗透性主要受膨润土的渗透性控制,渗透系数随着膨润土含量和干密度的增加而减小,当膨润土含量超过某一界限值后,继续增加膨润土含量对降低渗透系数的作用有限;细颗粒和级配良好的混合物渗透系数小,当土体内部发生渗透侵蚀将增大渗透系数;最优含水量条件下压实得到的渗透系数最低,高于最优含水量压实得到的渗透系数比低于最优含水量压实得到的渗透系数要小。     

苯酚溶液作用下CMC改性膨润土化学相容性试验研究

膨润土的聚合物改性可有效提升竖向阻隔屏障化学相容性。有机污染物、聚合物种类对改性膨润土防渗性能研究鲜有报道。通过膨胀指数、改进滤失试验,研究苯酚溶液作用下羧甲基纤维素钠(CMC)改性膨润土的膨胀和渗透性能,结合傅里叶红外光谱分析,评价CMC分子链的特征基团对提升化学相容性的作用机理。相同苯酚浓度条件下CMC改性膨润土的膨胀指数(SI)较母土测定结果高1.5~2.5倍。同一孔隙比范围内,改性作用使膨润土渗透系数(k)降低一个数量级。CMCⅢ改性膨润土防渗性能相对最优。研究范围内,聚合物分子量和取代度未显示对SI和k的影响规律。CMC改性提升化学相容性的主因有:(1)聚合物水凝胶对膨润土颗粒间的大孔隙具有堵塞作用;(2)特征基团(羧酸根、羧基)与苯酚的酯化反应等相互作用,以及苯酚与水凝胶中水分子的氢键作用阻碍苯酚迁移,从而减轻其对压缩蒙脱石黏土矿物双电层的不利影响。     

渗流条件下含裂缝压实膨润土应力及渗透性能试验研究

压实膨润土是放射性废物处置库的理想缓冲/回填材料,但它在失水收缩过程中易产生裂缝,该裂缝在浸水条件下能否愈合是放射性废物处置安全评价中的重要课题。其研究对含纵向单裂缝的压实膨润土样品开展渗透试验,以渗透系数、隙面法向应力及含水率为指标,研究含裂缝压实膨润土吸水膨胀后应力及渗透性能的变化,从而评价裂缝对膨润土屏障层性能的影响。研究结果表明,样品渗透系数随时间逐渐递减,隙面法向应力随时间逐渐递增,且在85 d时两参数达到稳定水平,分别为4.6410~(-10)m/s和2.5 MPa,与完整压实膨润土样品的渗透系数及内部应力处于相同水平,可以认为,此时土体实现了饱和及均一化。该研究从渗透性和应力角度证实了裂缝对压实膨润土渗透系数及应力参数未产生显著影响,膨润土具有较好的自愈合能力。研究建立了膨润土裂缝自愈合效果评价方法,为膨润土作为回填材料的安全性评价提供理论依据。     

天然红层风化土成膜试验研究

泥浆成膜支护是盾构带压开仓等施工过程中的一种重要防护手段,其支护的效果主要取决于泥浆材料。为了有效地利用天然红层风化土作为泥浆成膜的原材料,降低人造材料的成本并减小对环境的影响,以天然的红层风化土为材料,借鉴泥浆成膜过程,笔者等自主研发全通透高压泥膜闭气试验装置,在不添加任何其他材料条件下开展红层风化土泥浆成膜闭气的正交试验,研究红层风化土的成膜模式、影响因素、效果评价、形成时间和破坏判据。研究结果表明,红层风化土泥膜与常用的人造膨润土泥浆材料成膜的闭气性能相近,初步验证了红层风化土成膜应用的可行性与可靠性,推动低成本、绿色的成膜技术发展,为泥浆成膜施工技术提供新的支持。     

废旧轮胎胶粉-黏土混合土的击实性能

废旧轮胎橡胶颗粒用于填埋场衬垫材料改性,有望提高衬垫系统的有效性。击实性能是衬垫设计和施工的基础,但目前缺乏针对性研究,击实机理不够明确。开展废旧轮胎胶粉-黏土混合土的击实试验研究,探讨橡胶颗粒粒径、掺入比等因素对混合土击实性能的影响规律和压实机制。研究表明,当橡胶掺入比从0增大到25%时,胶粉-高岭土的最优含水率增大,胶粉-红黏土的最优含水率减小,变化在2.4%范围内; 混合土的最大干密度从1.65gcm-3减小至约1.40gcm-3; 试验选用的橡胶颗粒粒径对最优含水率和最大干密度差异不显著。在击实过程中橡胶颗粒回弹和橡胶颗粒比表面积变化两种效应下,最优含水率随橡胶掺入比的增加表现出减小(大颗粒时)、不变和增加(小颗粒时)的变化规律,并与基质土的性质密切相关。给出了初步设计时改性黏土含水率和干密度的控制方法,能够基本满足规范中对压实黏土的含水率和压实度的要求,且其渗透系数小于1.010-7cms-1。     

掺入膨润土中的石墨最大粒径确定方法

核废料处置库缓冲层除要具备良好的隔离防渗外,还需要有卓越的导热性能。为此,论文以钠基膨润土为基础,混入高导热率天然石墨,配置兼具防渗-导热功能的缓冲材料。按照相同的石墨掺入率（20%,质量比）,把最大粒径为50目、100目、200目和325目的石墨分别掺入膨润土,形成均匀的石墨-膨润土混合物。开展膨润土-石墨混合物自由膨胀率、恒体积膨胀力和渗透等水-力特性试验,探讨石墨粒径对膨润土-石墨混合物水-力性能的影响。结果表明,相同石墨掺入率下,最大粒径100~200目的石墨和膨润土混合,可以形成更好的缓冲材料,其渗透系数最小,而膨胀力最大。究其原因,应与石墨-膨润土的接触方式相关。石墨呈扁平状结构,粒径较大时,石墨和膨润土被压实后,容易在扁平结构末端形成未被充填的孔隙;而石墨粒径较小时,石墨和膨润土颗粒接触面积增大,石墨属于憎水性材料,膨润土-石墨界面处提供了更多渗漏通道。研究结论为配置核废料处置库缓冲层材料提供了科学参考。     

土-膨润土隔离墙应力状态与固结行为的现场试验研究

土-膨润土竖向隔离墙被广泛应用于污染场地治理,其服役性能受应力状态和固结变形影响较大。通过建造两段不同尺寸的土-膨润土隔离墙试验段,并利用土压力盒、孔压计、测斜管等分别对墙体现场应力状态和变形进行了为期15个月的监测,获得了土-膨润土隔离墙固结行为的基本特征。监测结果表明：墙体主固结阶段需要数月;墙体固结变形以侧向变形为主;大部分深度内总应力在前1个月显著减小,并在随后基本保持稳定,有效应力随超孔压消散而不断增加;水平应变与最大水平有效应力均与墙深呈显著正相关;然而在主固结期间,墙体底部总应力和孔压均一直减小直至等于静水压力,有效应力始终很小。根据实测墙体变形及应力分布的特点,指出在相邻土体中可能形成滑动楔形体,对填料产生整体挤压,从而对隔离墙的现场固结行为特征作出了合理解释。最后,针对土-膨润土隔离墙的设计施工提出了相关建议。