【摘要】：隨著我國工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快,各類工業(yè)污染場地數(shù)量迅速增加,迫切需要污染土水風(fēng)險管控和修復(fù)。為控制污染物在淺層土體和地下土水的遷移,研究高效的防滲控污豎向阻隔技術(shù)是目前我國環(huán)境巖土工程界的重要需求。我國鈣基膨潤土儲量豐富,具有廣闊的工程應(yīng)用前景。論文提出磷酸鹽分散劑改良鈣基膨潤土系豎向隔離墻技術(shù),研究六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土機(jī)理及隔離墻防滲控污性能,可為推廣膨潤土系豎向隔離墻技術(shù)在我國污染場地修復(fù)的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。本文以國家自然科學(xué)基金項目(51278100)、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目(41330641)和江蘇省杰出青年基金(BK2012022)為課題依托,以六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土系豎向隔離墻為研究對象,以揭示改良機(jī)理和明確防滲控污性能為目標(biāo),采用室內(nèi)試驗和理論分析相結(jié)合的技術(shù)路線,對六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土系豎向隔離墻技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究,主要研究成果如下:(1)研究了三種磷酸鹽分散劑改良鈣基膨潤土和回填料的分散特性變化規(guī)律。通過室內(nèi)試驗,研究了分散劑種類、摻量對鈣基膨潤土和回填料分散特性指標(biāo)的影響,對比分析了三種分散劑的改良效果。結(jié)果表明,磷酸鹽分散劑可顯著提高隔離墻材料分散性能,表觀黏度、液限和沉降體積隨分散劑摻量增加而降低,超過一定值后,降低趨勢變緩和;改良鈣基膨潤土和回填料的化學(xué)抗性明顯增強(qiáng);六偏磷酸鈉的改良效果優(yōu)于三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉。(2)系統(tǒng)研究了六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土泥漿的豎向隔離墻施工和易性。通過泥漿和易性測試,明確了六偏磷酸鈉和膨潤土摻量對隔離墻泥漿工程特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明,六偏磷酸鈉可顯著改善鈣基膨潤土泥漿的施工和易性,馬氏黏度和泥漿密度隨六偏磷酸鈉和膨潤土摻量增加而增長,濾失量、濾餅厚度和pH值隨摻量呈現(xiàn)不同變化規(guī)律;馬氏黏度、濾失量和濾餅厚度存在唯一對應(yīng)關(guān)系;提出六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土泥漿的關(guān)鍵工藝參數(shù)及其優(yōu)化方法。(3)研究了六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土系豎向隔離墻回填料的防滲和固結(jié)壓縮特性。通過柔性壁滲透和一維固結(jié)壓縮試驗,查明了改良作用和膨潤土摻量對回填料滲透系數(shù)、固結(jié)與壓縮特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明,六偏磷酸鈉可降低回填料滲透系數(shù)達(dá)一個數(shù)量級,該降低效果較增大膨潤土摻量更為顯著;改良回填料滲透系數(shù)低于工程設(shè)計限值,且與國際廣泛應(yīng)用的砂-優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤土隔離墻回填料滲透系數(shù)數(shù)量級相當(dāng);提出了六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土系豎向隔離墻回填料的關(guān)鍵工藝參數(shù)及參數(shù)優(yōu)化流程。(4)揭示了六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土的控制機(jī)理。通過SEM、XRD、FTIR試驗和Zeta電位測量,明確了六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土微觀結(jié)構(gòu)的變化特征。結(jié)果表明,六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土形成分散、致密的微觀結(jié)構(gòu),土體表面負(fù)電勢增強(qiáng);改良后膨潤土晶層間距減小;六偏磷酸鈉主要通過離子交換、化學(xué)吸附及空間位阻穩(wěn)定作用,增加膨潤土顆粒雙電層厚度、分離膨潤土團(tuán)聚體、減小孔隙尺寸,進(jìn)而形成改良鈣基膨潤土較高膨脹性、良好分散性及防滲性。(5)明確了單一、復(fù)合金屬作用下改良鈣基膨潤土系隔離墻回填料的化學(xué)相容性。通過柔性壁滲透和一維固結(jié)壓縮試驗,研究了金屬種類及濃度對改良回填料滲透系數(shù)和固結(jié)壓縮特性的影響。結(jié)果表明,與清潔自來水滲透條件相比,鈣、鉛、鉻(六價)溶液和粉煤灰滲濾液污染地下水均未引起改良回填料滲透系數(shù)的顯著增加;改良回填料較優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤土回填料具有更優(yōu)越的化學(xué)相容性;用六偏磷酸鈉作為鈣基膨潤土系豎向隔離墻材料改良劑,具有良好社會環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。(6)研究了六偏磷酸鈉改良鈣基膨潤土及回填料吸附重金屬的特性。通過Batch吸附試驗及pH、電導(dǎo)率和zeta電位測試,研究了改良鈣基膨潤土及改良回填料對鉛、鉻吸附特性的變化規(guī)律。結(jié)果表明,2%六偏磷酸鈉可使鈣基膨潤土和回填料的最大鉛吸附量增加45%和72%,最大鉻吸附量增加22%和13%;改良隔離墻材料對鉛的吸附能力顯著優(yōu)于鉻;鉛的吸附機(jī)理主要為離子交換和沉淀作用,鉻的吸附機(jī)制為離子交換。(7)建立了六偏磷酸鈉改良隔離墻阻隔重金屬污染物定量評價分析模型。通過運(yùn)移參數(shù)擬合及不同因素對金屬離子擊穿改良隔離墻時間影響的分析,論證了六偏磷酸鈉改良隔離墻技術(shù)的優(yōu)越性。結(jié)果表明,鈣離子的水動力彌散系數(shù)約為2.29～2.86×10-10 m~2/s,受試驗時間限制,未獲得擬合相關(guān)運(yùn)移參數(shù)所需的鉛、鉻擊穿曲線;離子濃度及種類、改良作用、墻體厚度和水力梯度等均可影響金屬離子在隔離墻中的運(yùn)移特征;提出了隔離墻設(shè)計厚度和服役壽命的分析模型,為改良鈣基膨潤土系豎向隔離墻工程設(shè)計提供參考借鑒。
【圖文】：

二十世紀(jì)九十年代初，日本成功開發(fā)研制了一種新型地下連續(xù)墻施工方法－ＴＲＤ工法逡逑（Ｔｒｅｎｃｈ邋ｃｕｔｔｉｎｇ邋ａｎｄ邋Ｒｅ－ｍｉｘｉｎｇ邋Ｄｅｅｐ邋ｗａｌｌ邋ｍｅｈｏｄ），其設(shè)備由主機(jī)和刀具箱兩大部分組成（如逡逑圖１－７所示）［２３］，基本工作原理是將鏈鋸式刀具箱插入地層中，由鏈條帶動刀具作上下回轉(zhuǎn)逡逑運(yùn)動，并隨主機(jī)沿造墻方向掘削前進(jìn)，形成連續(xù)溝槽，同時將水泥漿從刀具箱端部噴出，與逡逑底層土在原地攪拌混合，形成一定厚度的水泥土地下連續(xù)墻［２（），２４－２５］。由于成墻連續(xù)、厚度一逡逑致，墻體均勻性好等優(yōu)點(diǎn)，該工法在地下連續(xù)墻和隔離墻建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。２００７年，我逡逑國寧撫挖重工機(jī)械股份有限公司與日方企業(yè)合作引進(jìn)ＴＲＤ技術(shù)，同年試車成功，填補(bǔ)了我國逡逑ＴＲＤ工法自主化生產(chǎn)的空白，隨后該工法被成功運(yùn)用于南昌綠地廣場項目、奉賢中心企業(yè)總逡逑部大廈項目、中鋼天津響螺灣項目、淮安雨潤中央新天地項目及上海繽谷文化廣場等項目的逡逑地下連續(xù)墻作業(yè)，以及天津民園體育場、錦州城市名人酒店等基坑防滲工程，并取得良好成逡逑墻效果＠，２６＿２７１。目前，ＴＲＤ工法設(shè)備是最先進(jìn)、功效較快的成槽設(shè)備，機(jī)械高度小、自重輕、逡逑穩(wěn)定性優(yōu)良、成墻精度實(shí)現(xiàn)可視化監(jiān)控

二十世紀(jì)九十年代初，日本成功開發(fā)研制了一種新型地下連續(xù)墻施工方法－ＴＲＤ工法逡逑（Ｔｒｅｎｃｈ邋ｃｕｔｔｉｎｇ邋ａｎｄ邋Ｒｅ－ｍｉｘｉｎｇ邋Ｄｅｅｐ邋ｗａｌｌ邋ｍｅｈｏｄ），其設(shè)備由主機(jī)和刀具箱兩大部分組成（如逡逑圖１－７所示）［２３］，基本工作原理是將鏈鋸式刀具箱插入地層中，由鏈條帶動刀具作上下回轉(zhuǎn)逡逑運(yùn)動，并隨主機(jī)沿造墻方向掘削前進(jìn)，形成連續(xù)溝槽，同時將水泥漿從刀具箱端部噴出，與逡逑底層土在原地攪拌混合，形成一定厚度的水泥土地下連續(xù)墻［２（），２４－２５］。由于成墻連續(xù)、厚度一逡逑致，墻體均勻性好等優(yōu)點(diǎn)，該工法在地下連續(xù)墻和隔離墻建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。２００７年，我逡逑國寧撫挖重工機(jī)械股份有限公司與日方企業(yè)合作引進(jìn)ＴＲＤ技術(shù)，同年試車成功，，填補(bǔ)了我國逡逑ＴＲＤ工法自主化生產(chǎn)的空白，隨后該工法被成功運(yùn)用于南昌綠地廣場項目、奉賢中心企業(yè)總逡逑部大廈項目、中鋼天津響螺灣項目、淮安雨潤中央新天地項目及上海繽谷文化廣場等項目的逡逑地下連續(xù)墻作業(yè)，以及天津民園體育場、錦州城市名人酒店等基坑防滲工程，并取得良好成逡逑墻效果＠，２６＿２７１。目前，ＴＲＤ工法設(shè)備是最先進(jìn)、功效較快的成槽設(shè)備，機(jī)械高度小、自重輕、逡逑穩(wěn)定性優(yōu)良、成墻精度實(shí)現(xiàn)可視化監(jiān)控
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X505

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2659572