本文關(guān)鍵詞： 巖土 重金屬 遷移特性 土工試驗(yàn) 質(zhì)量比 固化性能 體變特性 本構(gòu)關(guān)系　出處：《中南大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：重金屬污染巖土在我國(guó)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(qiáng)度被破壞而改變了土體的內(nèi)部結(jié)構(gòu),導(dǎo)致巖土體的孔隙比、壓縮性增大,抗剪強(qiáng)度降低、承載力下降等性質(zhì)的變化。目前對(duì)重金屬污染巖土的工程性質(zhì)、固化機(jī)理、防治措施的研究成果較少,在工程建設(shè)中大多將其作為一般土處理或不處理,導(dǎo)致污染巖土路基、邊坡、建筑地基等開(kāi)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(gòu)關(guān)系、固化機(jī)理及防治措施,對(duì)評(píng)價(jià)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(jì)了污染巖土的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),確定了廣西污染土的背景值的大小、相關(guān)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(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)重金屬元素(鎘)Cd、(鉛)Pb、(鋅)Zn遷移特性進(jìn)行了研究,采用偏最小二乘法(PLS)對(duì)各元素遷移能力進(jìn)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(guān)系。研究結(jié)果表明：(鎘)Cd、(鉛)Pb的遷移特性較強(qiáng),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(guò)三軸試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)和直剪試驗(yàn)對(duì)重金屬污染土進(jìn)行了研究,在100、200、300KPa圍壓條件下,對(duì)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(jìn)行三軸對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：污染土的強(qiáng)度隨著重金屬元素的含量的增加顯著降低,圍壓增大對(duì)重金屬含量低的污染土的強(qiáng)度的影響不顯著,質(zhì)量比小于1%時(shí),峰值強(qiáng)度降低10%-15%,質(zhì)量比大于3%時(shí),峰值強(qiáng)度降低40%-50%；直剪試驗(yàn)結(jié)果表明：質(zhì)量比小于1%的污染土抗剪強(qiáng)度-垂直壓力曲線基本平行,垂直壓力與抗剪強(qiáng)度成正比,抗剪強(qiáng)度降低幅度為5%-10%,質(zhì)量比大于3%的污染土抗剪強(qiáng)度-垂直壓力曲線表現(xiàn)為不規(guī)則,抗剪強(qiáng)度降低45%-55%左右；壓縮試驗(yàn)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(guò)3%以上時(shí)對(duì)壓縮性的影響尤為顯著。根據(jù)三軸試驗(yàn)結(jié)果與Mastsuoka-Nakai準(zhǔn)則建立了污染土的本構(gòu)關(guān)系,經(jīng)驗(yàn)證該模型在描述污染土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系方面更符合實(shí)際。 探討了有機(jī)物固化下的重金屬污染土力學(xué)性能與體變特性,在低、相對(duì)中高圍壓條件下,對(duì)原狀污染土與添加固化劑的污染土試樣進(jìn)行了三軸固結(jié)排水剪切對(duì)比試驗(yàn),繪制了兩種污染土試樣的力學(xué)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(gè)適用于污染土的雙屈服面彈塑性本構(gòu)模型,將試驗(yàn)結(jié)果作為計(jì)算參數(shù)對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)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(guò)程。結(jié)果表明：添加有機(jī)物固化劑顯著提高了重金屬污染土的強(qiáng)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(xué)特性；雙屈服面應(yīng)變軟化彈塑性本構(gòu)模型的擬合結(jié)果與試驗(yàn)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(yàn)條件下重金屬污染巖石的性能變化,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果探討了重金屬含量對(duì)巖石風(fēng)化速度、力學(xué)性能的影響,以及重金屬元素對(duì)巖石水化、水解作用影響的機(jī)理；同時(shí)根據(jù)重金屬元素的侵入性能、延伸性能大小關(guān)系,建立了污染巖石侵入面損傷的三維組合本構(gòu)模型,并對(duì)模型擬合結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明：重金屬元素導(dǎo)致雙電層厚度增大,擴(kuò)散層的斥力發(fā)生改變,水化膨脹應(yīng)力增大,導(dǎo)致了巖石裂隙面的擴(kuò)張、延伸,強(qiáng)度降低,重金屬元素水解常數(shù)形成新的M-OH,促進(jìn)巖石水解作用的發(fā)生；重金屬污染物質(zhì)量比與巖石風(fēng)化關(guān)系呈多項(xiàng)式型關(guān)系,曲線呈拋物線型；侵入面損傷三維組合本構(gòu)模型擬合結(jié)果與試驗(yàn)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(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU43;X53

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1451744