本文關鍵詞： 巖土 重金屬 遷移特性 土工試驗 質(zhì)量比 固化性能 體變特性 本構關系　出處：《中南大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：重金屬污染巖土在我國廣泛分布,尤其在有色礦產(chǎn)資源大省的廣西、云南等地。巖土體被重金屬元素污染后,顆粒間的膠體被溶蝕、膠結(jié)強度被破壞而改變了土體的內(nèi)部結(jié)構,導致巖土體的孔隙比、壓縮性增大,抗剪強度降低、承載力下降等性質(zhì)的變化。目前對重金屬污染巖土的工程性質(zhì)、固化機理、防治措施的研究成果較少,在工程建設中大多將其作為一般土處理或不處理,導致污染巖土路基、邊坡、建筑地基等開裂、垮塌工程事故的發(fā)生。因此研究污染巖土的工程特性、本構關系、固化機理及防治措施,對評價與治理重金屬污染巖土地(路)基、邊坡,以及合理利用重金屬污染土體資源具有重要意義。 本文首先調(diào)查了廣西重金屬污染巖土的分布情況,統(tǒng)計了污染巖土的基礎數(shù)據(jù),確定了廣西污染土的背景值的大小、相關變異系數(shù),并以此劃分了重金屬污染巖土的分布范圍。建立了污染遷移試驗模型對重金屬元素(鎘)Cd、(鉛)Pb、(鋅)Zn遷移特性進行了研究,采用偏最小二乘法(PLS)對各元素遷移能力進行了線性回歸分析,確定了三種元素遷移能力、自凈能力的大小關系。研究結(jié)果表明：(鎘)Cd、(鉛)Pb的遷移特性較強,不受土體自凈能力的影響,(鋅)Zn的遷移特性受土體自凈能力的影響較大,遷移特性最弱。 通過三軸試驗、壓縮試驗和直剪試驗對重金屬污染土進行了研究,在100、200、300KPa圍壓條件下,對5種重金屬含量不同的污染土試樣：一般土、污染土(重金屬元素質(zhì)量比分別為：1%、2%、3%、4%)進行三軸對比試驗。試驗結(jié)果表明：污染土的強度隨著重金屬元素的含量的增加顯著降低,圍壓增大對重金屬含量低的污染土的強度的影響不顯著,質(zhì)量比小于1%時,峰值強度降低10%-15%,質(zhì)量比大于3%時,峰值強度降低40%-50%；直剪試驗結(jié)果表明：質(zhì)量比小于1%的污染土抗剪強度-垂直壓力曲線基本平行,垂直壓力與抗剪強度成正比,抗剪強度降低幅度為5%-10%,質(zhì)量比大于3%的污染土抗剪強度-垂直壓力曲線表現(xiàn)為不規(guī)則,抗剪強度降低45%-55%左右；壓縮試驗結(jié)果表明,污染土與一般土的壓縮量差別較大,質(zhì)量比超過3%以上時對壓縮性的影響尤為顯著。根據(jù)三軸試驗結(jié)果與Mastsuoka-Nakai準則建立了污染土的本構關系,經(jīng)驗證該模型在描述污染土的應力-應變關系方面更符合實際。 探討了有機物固化下的重金屬污染土力學性能與體變特性,在低、相對中高圍壓條件下,對原狀污染土與添加固化劑的污染土試樣進行了三軸固結(jié)排水剪切對比試驗,繪制了兩種污染土試樣的力學體變特性曲線。采用修正劍橋模型形式作為壓縮屈服面與Pietruszczak和Stolle所提出的屈服函數(shù)作為剪切屈服面建立一個適用于污染土的雙屈服面彈塑性本構模型,將試驗結(jié)果作為計算參數(shù)對模型進行了驗證。該模型克服了單曲面模型的不能模擬土體體變臨界狀態(tài)的缺陷,較為合理地反映了污染土的體變過程。結(jié)果表明：添加有機物固化劑顯著提高了重金屬污染土的強度,有效改善了重金屬污染土在低圍壓作用條件下體脹、中高圍壓作用下體縮的力學特性；雙屈服面應變軟化彈塑性本構模型的擬合結(jié)果與試驗結(jié)果較為吻合,表明該模型在描述重金屬污染土體變特性方面具有一定的優(yōu)越性。 分析了不同試驗條件下重金屬污染巖石的性能變化,根據(jù)試驗結(jié)果探討了重金屬含量對巖石風化速度、力學性能的影響,以及重金屬元素對巖石水化、水解作用影響的機理；同時根據(jù)重金屬元素的侵入性能、延伸性能大小關系,建立了污染巖石侵入面損傷的三維組合本構模型,并對模型擬合結(jié)果與試驗結(jié)果進行了對比。結(jié)果表明：重金屬元素導致雙電層厚度增大,擴散層的斥力發(fā)生改變,水化膨脹應力增大,導致了巖石裂隙面的擴張、延伸,強度降低,重金屬元素水解常數(shù)形成新的M-OH,促進巖石水解作用的發(fā)生；重金屬污染物質(zhì)量比與巖石風化關系呈多項式型關系,曲線呈拋物線型；侵入面損傷三維組合本構模型擬合結(jié)果與試驗結(jié)果具有較好
[Abstract]:Heavy metal contaminated rock and soil is widely distributed in China , especially in Guangxi , Yunnan and so on in the large province of nonferrous metals . After heavy metal elements are contaminated , the colloid in the particles is eroded , and the strength of cementation is destroyed to change the internal structure of soil mass , which leads to the occurrence of cracking and collapse of soil and soil subgrade , slope , building foundation and so on . In this paper , the distribution of heavy metal contaminated soil in Guangxi was investigated . Based on the statistics of the basic data of polluted soil , the paper studied the background value of polluted soil in Guangxi , and determined the distribution scope of heavy metal contaminated soil . The results showed that the migration characteristics of Cd , Pb and Zn were determined by using partial least square method ( PLS ) . The results showed that the migration characteristics of Cd and Pb were not affected by the self - cleaning ability of soil . The results show that the strength of the polluted soil decreases by 10 % -15 % and the mass ratio is more than 3 % . The results show that the strength of the polluted soil decreases by 10 % -15 % and the mass ratio is more than 3 % . The mechanical properties and rheological properties of heavy metal contaminated soil under the solidification of organic matter were discussed . The mechanical properties of the polluted soil samples were verified by using the yield function of the modified Cambridge model as the compressive yield surface and the additive curing agent . The results show that the addition of the organic curing agent significantly improves the strength of the heavy metal contaminated soil and effectively improves the mechanical properties of the heavy metal polluted soil under the condition of low confining pressure . The fitting result of the double yield surface strain softening elastic - plastic constitutive model is more consistent with the experimental results , which indicates that the model has certain advantages in describing the soil deformation characteristics of heavy metals . The effects of heavy metal contents on the weathering speed and mechanical properties of rocks and the effects of heavy metal elements on the hydration and hydrolysis of rocks are discussed . The results show that the heavy metal elements cause the double layer thickness to increase , the repulsive force of the diffusion layer is changed , and the hydrolysis constant of heavy metal elements increases , which leads to the formation of new M - OH , which promotes the rock hydrolysis .

【學位授予單位】：中南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU43;X53

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 徐晗;饒錫保;汪明元;;降雨條件下膨脹巖邊坡失穩(wěn)數(shù)值模擬研究[J];長江科學院院報;2009年11期

2 陳蕾;劉松玉;杜延軍;金飛;;水泥固化含鉛污染土無側(cè)限抗壓強度預測方法[J];東南大學學報(自然科學版);2010年03期

3 吳啟紅;彭振斌;陳安;周怡;;常吉高速公路白堊系粉砂質(zhì)泥巖風化特性研究[J];工程勘察;2009年12期

4 成夏炎;張云;;城市表層土壤重金屬污染的分析與評價[J];重慶科技學院學報(自然科學版);2012年05期

5 李祥林;妙旭華;賈桂霞;;基于UML的重金屬污染預警系統(tǒng)的分析與設計[J];工業(yè)儀表與自動化裝置;2012年05期

6 崔杰;薛文平;閻振元;劉善斌;王妮;;不同表面活性劑修復重金屬污染土壤的試驗研究[J];大連工業(yè)大學學報;2013年04期

7 龍濤;彭振斌;周怡;;談潭衡西高速公路白堊系粉砂質(zhì)泥巖風化特性[J];山西建筑;2010年14期

8 崔鵬;泥石流起動條件及機理的實驗研究[J];科學通報;1991年21期

9 朱良峰,吳信才,劉修國;基于GIS的鐵路地質(zhì)災害信息管理與預警預報系統(tǒng)[J];山地學報;2004年02期

10 楊仁文,葉明富,陳精日;云南蔣家溝泥石流運動要素觀測數(shù)據(jù)整編[J];山地研究;1998年04期

，

本文編號：1451744