土-膨润土防污隔离墙墙体固结行为及对防渗性能影响研究

Lands of moved industry factories and MSW landfills have serious subsurface contamination in China. They threaten citizen health and ecological environment, and restrict reuse of urban lands. Soil-bentonite cutoff walls, which have characteristics of low hydraulic permeability, good chemistry compatibility and low cost, is a promising technique in containment and treatment of contaminated subsurface soil and water. The hydraulic conductivity of soil-bentonite decreases considerably as confining stress increases. However, backfill stress and consolidation mechanism are unclear and cutoff wall design do not include force analysis. This is the primary reason that the hydraulic performance of many cutoff walls does not satisfy the criteria. The project focuses on the key scientific problem 'backfill-foundation interaction in backfill consolidation'. It studies the following four subthemes: (1) compressibility and hydraulic conductivity of soil-bentonite and their relationship; (2) one-dimensional consolidation analysis of backfills in cutoff walls; (3) mechnical behaviors of backfill-foundation during cutoff wall construction; (4) assessment of hydraulic performance of cutoff walls based on backfill consolidation. The goal of the project is to reveal the backfill consolidation mechanism and hydraulic performance variation, to present simplified backfill consolidation analysis methods for cutoff wall design and to provide theoretical basis and method for life-circle cutoff wall design.

我国工业企业搬迁遗留场地和城市固废填埋场地下水土污染严重，威胁城市居民健康和生态环境，制约城市土地再利用。土-膨润土隔离墙（下面简称"隔离墙"）渗透性低、化学相容性好、费用小，在我国数量庞大的地下水土污染防治工程中具有广阔的应用空间。土-膨润土具有渗透系数随固结应力增大而显著减小的特点，然而目前隔离墙墙体受力和固结机理不明，设计不进行墙体受力分析，是造成隔离墙工程防渗性能不达标的主要原因之一。本项目围绕关键科学问题隔离墙固结过程中墙体-地基土相互作用，开展以下四个方面的研究工作：（1）土-膨润土的压缩与渗透特性及其相关性；（2）隔离墙墙体固结行为一维分析；（3）成墙全过程墙体-地基土受力行为；（4）基于墙体固结的隔离墙防渗性能评价，目标揭示隔离墙墙体受力固结行为，获得隔离墙防渗性随墙体固结的变化规律，提出可应用于工程设计的墙体固结简化分析方法，为隔离墙全寿命设计提供理论依据和方法。

本项目按照项目计划书，由5位科研老师、6位研究生参与，与国内外专家学者进行了广泛深入的学术交流，主要开展以下四个方面的研究：（i）土-膨润土压缩性与渗透特性的相关性；（ii）隔离墙墙体受力行为分析；（iii）成墙过程墙体-地基土固结行为；（iv）基于墙体受力的隔离墙防污性能评价，完成了项目研究计划。通过四年的潜心研究，本项目（i）积累了我国膨润土和国外优质膨润土基本工程特性及其相关关系，为我国防污隔离墙设计提供重要基础数据，获得了以砂土/粉土为母土、满足地下防污渗透系数要求的土-膨润土配比；（ii）提出了可考虑侧壁“成拱”和“侧向挤压”两大效应的土-膨润土隔离墙应力分析方法及其简化方法，结合工程现场长期监测，揭示了墙体应力随时间和深度的分布规律；（iii）提出了对流-弥散解耦的隔离墙污染物迁移分析方法，提出了隔离墙厚度或服役寿命评估的设计方法，将土-膨润土隔离墙设计由传统的防渗设计提升为防污设计。.受本项目资助，在Geotechnique、Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering-ASCE等国际期刊上发表SCI学术论文4篇（其中1篇录用待刊）、在国内期刊发表EI学术论文1篇，获受权发明专利1项，申请发明专利2项，负责人被邀请撰写加拿大工程地质学百科全书Encyclopedia of Engineering Geology隔离墙词条。本项目关于土-膨润土工程特性及配比、隔离墙设计方法等研究成果，在光大环保（连云港）固废处置有限公司危险废物安全填埋项目垂直防渗工程得到应用，节约造价3000万元。.本项目执行期间，负责人晋升教授，4名研究生毕业，其中博士2名、硕士2名，在读研究生2名。