淋滤条件下水泥固化铅污染高岭土的强度及 微观特性的研究

通过半动态淋滤试验,研究淋滤液初始pH=2,4,7时水泥固化铅污染土的强度、微观和钙溶出特性。无侧限抗压强度试验及钙溶出率（CFR_Ca）结果表明：半动态淋滤试验使试样无侧限抗压强度（q_u）较标准养护39 d试样降低了1%～42%；淋滤液初始pH=2时,CFR_Ca为pH=4或7时的2～7倍,而pH=4与7时q_u及CFR_Ca差别均不明显；水泥掺量由12%提高到18%时,q_u增大了35%～98%,CFR_Ca降低了40%～58%；固化铅污染土较固化未污染土,其q_u小50%～68%,而CFR_Ca大29%～175%。试样无侧限抗压强度比q_r（淋滤后试样q_u/标准养护39 d试样q_u）与CFR_Ca在双对数坐标下呈现良好线性关系：随CFR_Ca增大,q_r减小,说明钙的溶出是控制固化污染土/未污染土强度的主要因素之一。X射线衍射、扫描电镜及压汞试验结果表明,高浓度铅抑制水泥水化/火山灰反应,固化铅污染土与固化未污染土孔隙分布分别呈单峰和双峰特征,固化铅污染土中铅形成Si-O-Pb结合体、PbAl₂O₄、CaPbO₃等沉淀是铅固化稳定化的主要机理之一。     

纤维加筋微生物固化砂土的力学特性

微生物固化能有效提高砂土的强度,但同样会导致土体破坏时呈现明显的脆性。为了平衡微生物固化砂土脆性破坏的不利影响,提出纤维加筋与微生物固化相结合的改性方法,即将质量分数为0%,0.05%,0.15%,0.25%和0.30%的聚丙烯纤维与石英砂均匀混合,然后基于微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术对土样进行固化,并开展了一系列无侧限抗压试验,同时采用酸洗法测定了各组试样中的碳酸钙含量,进一步分析了试样的微观结构及纤维–土颗粒之间的界面作用特征。结果表明:①在微生物固化砂土中掺入纤维,能极大提高土样的无侧限抗压强度和残余强度,并能显著改善土样破坏时的韧性;②纤维掺量对微生物固化砂土的力学特性有重要影响,无侧限抗压强度随纤维掺量总体上呈先增加后减小的趋势,最优纤维掺量为0.15%,峰后残余强度与纤维掺量呈单调正相关关系;③纤维加筋使微生物固化砂土的峰后应力–应变曲线呈阶梯式下降模式,局部存在波浪式起伏特征;④纤维加筋能够提高微生物诱导碳酸钙的沉积效率和产量,与此同时,碳酸钙的胶结作用对纤维加筋效果具有促进作用。纤维加筋技术与MICP技术相结合能够实现优势互补,对提高工程结构的安全性与稳定性具有积极意义。     

水泥固化锌污染高岭土强度及微观特性研究

采用水泥作为固化剂对锌污染高岭土进行固化稳定处理,对固化后养护7 d和28 d的人工锌污染土的液塑限特性,无侧限抗压强度和变形模量特性,土样pH特性,以及微观机理进行了研究.结果表明,液塑限随锌离子浓度增加而降低.随锌离子浓度增加,固化污染土的无侧限抗压强度值总体均呈下降趋势;随试样pH值升高,无侧限抗压强度值增大;变形模量E₅₀均随锌离子浓度增大而减小;水泥的主要水化产物的数量均随锌离子浓度的增加而减少,且由成熟形态向早期形态退化,并最终消失.随着锌离子浓度的增加,试样中的直径1～10 μm的孔隙数量明显增加,并且伴随着直径0.01～1 μm的孔隙数量的减小.     

氧化镁碱激发矿粉-膨润土-土竖向屏障材料阻隔铅污染物的化学渗透膜效应

采用活性氧化镁激发粒化高炉矿粉(GGBS)制备氧化镁激发矿粉-膨润土-土(MSBS)竖向阻隔屏障材料。通过一维土柱化学渗透试验，研究了硝酸铅(Pb(NO₃)₂)污染液浓度对MSBS阻隔屏障材料的阻隔性能参数包括化学渗透膜效率系数、有效扩散系数和阻滞因子的影响规律，对比分析了MSBS、土-膨润土(SB)和膨润土防水毯(GCL)竖向屏障材料的阻隔性能参数的差异特征。结果表明：MSBS屏障材料在Pb(NO₃)₂污染液中表现出明显的化学渗透膜效应，其化学渗透膜效率系数随着Pb(NO₃)₂污染液浓度增加迅速减小。MSBS阻隔屏障材料Pb²⁺的有效扩散系数随Pb(NO₃)₂污染液浓度增大略有增加，但变化幅度明显低于SB屏障材料。MSBS的阻滞因子受Pb²⁺浓度影响不显著，而SB竖向阻隔屏障对于Pb²⁺的阻滞因子则随其浓度增加而显著降低。     

基于半动态淋滤试验的水泥固化铅污染黏土溶出特性研究

通过半动态淋滤试验,研究淋滤液pH分别为2,4,7时水泥固化铅污染土的溶出特性,以定量评价水泥固化铅污染土的环境安全特性。结果表明,当淋滤液初始pH为2时,试样中累积铅溶出质量约为pH为4和7时的47～106倍；而pH为4和7时累积铅溶出质量差别不明显。试样水泥掺量由12%提高到18%时,试样累积铅溶出质量降低了28%～68%,表明增大水泥掺量有利于铅的固定。通过对试验结果的理论分析,求算得出了铅扩散系数D_e；淋滤液初始pH=4,7时D_e很接近；而淋滤液初始pH=2时,D_e比pH=4或7时的D_e高约3,4个数量级；当水泥掺量由12%提高到18%时,试样D_e降低了约17%～99%。上述研究结果表明,强酸性淋滤液和水泥掺量明显影响固化污染土中铅溶出量和扩散系数。     

基于微生物诱导碳酸钙沉积技术的黏性土水稳性改良

采用微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术对黏性土进行改性处理,以改善其水稳性与抗侵蚀能力. 利用喷洒法将配制的微生物菌液及胶结液先后喷洒至黏性土表层进行MICP处理,并开展一系列崩解试验,通过数字图像处理技术对土样的崩解过程进行定量分析和评价. 通过颗粒分析试验研究MICP改性前后土样粒度组分的变化,通过扫描电子显微镜（SEM）分析土样的微观结构特征. 结果表明：1）素土在浸水后发生快速崩解,而在相同的时间内MICP改性土样则能较好地保持原始结构,水稳性更强;2）崩解指数是描述土体崩解过程和评价土体水稳性的定量指标. MICP改性土样的崩解速率远低于素土,且最终稳定后的崩解指数仅为素土的50%;3）MICP改性能显著改变土样的粒度组分,具体表现为细颗粒质量分数减少,粗粒土质量分数增加;4）微生物诱导所产生的碳酸钙填充了土样中的大孔隙,并在土颗粒之间形成有效的胶结,极大提高土颗粒之间的联接强度,这是MICP技术提高土体水稳性的主要作用机制.     

酸雨入渗对水泥固化铅污染土淋滤特性的影响研究

以水泥固化铅污染土（Pb-CHMS）为研究对象，通过Batch淋滤试验和柔性壁土柱酸雨入渗试验，对Pb-CHMS在酸雨作用下的淋滤特性进行了研究。Batch试验结果表明，当酸雨pH=2.5时，滤出液pH显著降低，钙（Ca）浓度显著增加；铅（Pb）浓度则随pH降低而减小。柔性壁土柱酸雨入渗试验结果表明，Pb-CHMS渗透系数随渗透量和时间增加而降低，酸雨入渗导致渗透系数降低速率减缓；pH、Ca和Pb溶出量随渗透量降低；并建立了Pb-CHMS室内土柱酸雨入渗时间与所模拟的固化污染土体酸雨入渗时间的关系。     

水泥固化锌污染高岭土的淋滤试验研究

采用水泥作为固化剂对锌污染高岭土进行固化/稳定处理,采用TCLP淋滤试验对固化后养护7和28天的人工锌污染土的化学淋滤特性进行了研究。结果表明,当初始Zn2+浓度达到某一临界值之前,浸出液pH保持在10-12之间,超过临界浓度后,浸出液pH迅速下降至8以下;EC值随初始Zn2+浓度变化同样存在临界值,超过这一临界值后,浸出液的EC值迅速上升至7.8mS/cm以上;浸出液pH值随初始Zn2+浓度不同分布在6.7-11.6的范围内;在这一范围内,Ca2+和Zn2+浓度随pH值升高而降低;浸出液中,由水泥固化土中淋滤出的Ca2+与Zn2+为淋滤液中的主要离子成分。