近年來,包氣帶中六價鉻的污染問題日趨嚴(yán)重,并且由于六價鉻會通過包氣帶轉(zhuǎn)移到地下水中,對地下水造成潛在威脅。因此,研究六價鉻在包氣帶中的運移規(guī)律和模擬預(yù)測,對開展包氣帶和地下水中六價鉻污染的防治與修復(fù)具有重要意義。目前,國內(nèi)外對包氣帶中污染物擴散問題的研究主要是通過物理模擬和數(shù)值模擬兩種方法。其中物理模擬的主要手段之一是小土柱試驗,其具有成本低,周期短的特點,但是不能模擬實際土體的重力效應(yīng)和邊界條件,在進行污染物長期遷移觀測方面有較大局限性。數(shù)值模擬的精度受限于輸入?yún)?shù)和物理模型的準(zhǔn)確性,因此很難對污染擴散過程作出準(zhǔn)確預(yù)測。本文選用的離心模型試驗可以在小比尺模型中模擬現(xiàn)場土體的應(yīng)力場,較好地再現(xiàn)原型特性,為理論和數(shù)值模擬提供真實可靠的參數(shù)依據(jù),并且可以大大縮短試驗時間,從而使污染物長期擴散問題的研究成為可能。針對離心模型試驗的特點,國內(nèi)外已有學(xué)者利用土工離心機開展了污染物遷移的研究,但報道不多,這是由于土工離心機成本較高、操作復(fù)雜,難以實現(xiàn)大規(guī)模試驗。然而室內(nèi)臺式離心機比較常見,成本低、易操作,于是本文選用室內(nèi)臺式離心機來開展離心模型試驗。探索利用臺式離心機模擬六價鉻運移規(guī)律的可靠性,針對四川某污染場地土體及當(dāng)?shù)亟涤陾l件,考慮了土體類型、土體結(jié)構(gòu)、降雨率、pH值、吸附強度等因素,進行了一系列六價鉻遷移變化的離心試驗研究,并利用離心試驗求得六價鉻的水動力彌散系數(shù)和吸附參數(shù)。為了驗證離心模型的可靠性,建立了與實際土體接近的大型土柱,由于大型土柱成本比較高、耗時、費力,所以本文只根據(jù)大型土柱中土體類型這一要素對離心模型進行了驗證。臺式離心機半徑較小,所能模擬的空間和時間效應(yīng)受到限制,故利用離心場下的數(shù)值模擬繼續(xù)研究六價鉻在包氣帶中的運移規(guī)律,從而延長六價鉻運移的空間尺度和時間尺度。臺式離心試驗?zāi)Ｐ涂梢蕴峁?zhǔn)確的數(shù)據(jù),數(shù)值模擬可以延長空間和時間尺度,故是否能結(jié)合這兩種方法成為一種技術(shù),是本文的研究重點。最后采用這種結(jié)合的技術(shù)完成在污染場地實例驗證,并對六價鉻的遷移變化規(guī)律進行預(yù)測。主要研究成果如下:(1)當(dāng)加入相同濃度的鉻污染物時,在離心試驗的不同離心加速度下,六價鉻的遷移量和遷移距離相等;當(dāng)運行時間一定時,離心試驗條件下六價鉻的遷遷移量、移速率與大型土柱中相同,數(shù)值模擬的六價鉻遷移量、遷移速率與大型土柱中的也相同。因此,臺式離心試驗?zāi)Ｐ团c數(shù)值模擬相結(jié)合的技術(shù)是可以用來研究包氣帶中六價鉻遷移規(guī)律的。(2)在不同類型土體中,水分和六價鉻在粉土中的吸附量比在砂土中的大,其在粉土中的遷移速率比在砂土中的小。在不同土體結(jié)構(gòu)中,分層土體對水分遷移具有一定阻礙作用,并且下層土體使上層土體產(chǎn)生積水現(xiàn)象,尤其在三層土體中更明顯。在不同降雨強度試驗中,當(dāng)減小降雨量時,六價鉻遷移量、遷移速率也減小,遷移速率與降雨強度呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系。六價鉻在酸性條件下的遷移速率比在堿性條件的慢。(3)利用臺式離心機求解了包氣帶六價鉻運移參數(shù),在含水率為0.1 cm~3/cm~3的粉土中,當(dāng)離心運行46.08 min、57.6 min、69.12 min時,水動力彌散系數(shù)分別為4.804×10~(-4) cm~2/min、5.196×10~(-4) cm~2/min、5.608×10~(-4) cm~2/min;在含水率為0.1 cm~3/cm~3的砂土中,當(dāng)離心運行46.08 min、57.6 min、69.12 min時,水動力彌散系數(shù)分別為6.685×10~(-4) cm~2/min、7.314×10~(-4) cm~2/min、8.008×10~(-4) cm~2/min。試驗結(jié)果表明,水動力彌散系數(shù)隨六價鉻遷移深度的增大而增大。在含水率為0.1 cm~3/cm~3的粉土與0.1 cm~3/cm~3的砂土中,各個時段的吸附系數(shù)基本相等,平均值分別為0.1358 cm~3/g和0.1100 cm~3/g,表明在同一土體里,六價鉻的吸附系數(shù)不隨著六價鉻遷移深度的變化而改變。數(shù)值模擬計算結(jié)果的遷移量、遷移速率與大型土柱的結(jié)果相同,說明離心試驗求得的參數(shù)是可以用來計算六價鉻遷移規(guī)律的。(4)當(dāng)添加納米氧化鋁到土體中改變土體結(jié)構(gòu)時,在添加納米氧化鋁的土體中六價鉻遷移量和遷移速率降低,六價鉻的遷移速率與納米氧化鋁的添加量呈二次多項式減函數(shù)關(guān)系,說明添加納米氧化鋁的土體能夠有效阻礙六價鉻遷移。(5)采用臺式離心試驗?zāi)Ｐ秃蛿?shù)值模擬相結(jié)合的技術(shù)對污染區(qū)六價鉻的遷移規(guī)律進行預(yù)測分析,預(yù)測結(jié)果表明:6.85年后污染區(qū)六價鉻向下運移1~2 m,22.83年后污染區(qū)六價鉻向下運移2~3 m,隨著時間推移,六價鉻將擊穿粉土層,大幅度污染下層土體。
【學(xué)位單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X523
【部分圖文】：

礦物成分 蒙脫石 伊利石 高嶺石 綠泥石含量（%） 38 28 28 63.3 飽和導(dǎo)水率的測定測定粉土或粘性土的飽和導(dǎo)水率時主要用變水頭法，故本試驗測采用變水頭法。試驗步驟如下：先將土樣填入土柱里面，夯實，將環(huán)刀內(nèi)壁涂上凡士林防止邊壁流，用環(huán)刀插入土柱取土樣，然后進行抽氣飽和（抽氣裝置如圖 3-2），之后一起固定在滲透容器中，并固定透水石和密封圈，擰緊螺母，然后連接變水頭管與容器進水口管，使水流過容器，排盡空氣，關(guān)閉排氣閥，等待實驗開始。調(diào)整變水頭高度，使得水頭高度為 165 cm，實驗開始，記錄開始時間，當(dāng)溢出口有水流出時，記錄結(jié)束時間，記錄水頭高度變化，最后測量水溫。重復(fù)以上步驟 3 次，結(jié)束實驗。

室內(nèi)臺式離心機，型號 TD-5Z，購于四川蜀科最大轉(zhuǎn)速：5500 r/min，最大離心力：4650 g質(zhì)，圓柱體，底部半徑 2.0 cm，高 15.0 cm。

圖 4-3 離心管品先對砂土進行了烘干，然后將砂布均勻，最后將配好的土樣分層。每裝一層，要均勻夯實，保證從邊壁滲漏。為了保證兩層土樣表面劃毛。己按溶液濃度配制，在土體中六價選用重鉻酸鉀，分析純，購于四系），孔徑 0.22 μm，購于四川科I）離子的儀器是火焰原子吸收光
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2856892