海水侵蚀下膨润土防渗屏障的水-力特性及其对污染物运移的影响机制

The purpose of this project is to resolve the problem that the performance of leachate and pollutant prevention by bentonite impervious barriers decreases or even loses in tidal-flat landfills near coast under the effect of seawater corrosion. To fulfil the purpose, the coupled hydro-mechanical behaviour of impervious barriers under the effect of both external seawater and internal leachate and its mechanism of pollutant transport will be studied though experiments including permeability tests, swelling tests, soil-column tests and micro-characteristics tests. Based on the systematic study of the relationship among micro characteristic parameters, hydro-mechanical indices and parameters of pollutant transport, the model of pollutant transport in bentonite impervious barriers under the effect of seawater will be developed and the design criteria of bentonite impervious barriers in tidal-flat landfill will be presented. The research achievement will further reveal the mechanism of leachate restriction in bentonite impervious barrier under the effect of seawater. The achievement will also develop the scientific theory and research method of macro quantitative features based on micro characteristics. In addition, this project will promote the interplay of geotechnical engineering and environmental engineering and the project contains significant meaning in academics and huge value in practices in pollution prevention and control in oceans, ground water and soils.

本项目旨在解决沿海滩涂型填埋场膨润土防渗屏障在海水侵蚀作用下防渗截污功效减弱或丧失的难点，以研究外围海水及内部渗滤液共同影响下膨润土防渗屏障的水力耦合特性以及渗滤液污染物在其中的运移机制为目标，通过系统的水力、力学试验和吸附、扩散试验以及微观表征试验，研究微观特征参数与宏观水力、力学指标以及污染物运移参数间的关系，建立海水影响下污染物在膨润土防渗屏障中的运移模型，提出滩涂型填埋场中膨润土防渗屏障的设计准则。研究成果将进一步揭示海水影响下膨润土防渗屏障对渗滤液污染物的束缚机制，发展微观表征对宏观特性定量阐释的科学理论及研究方法，有效地促进岩土工程与环境工程的学科交叉，对防治海洋、地下水及土壤的污染具有重要的学术意义和实际价值。

膨润土基混合土广泛应用于高放射性废物深层地质处置库工程屏障、民用岩土工程和文物保护领域防渗隔离屏障，在地下水浸润及外力作用下其水-力特性，即膨胀特性和渗透特性会发生变化，非常有必要研究力-化耦合作用下膨-砂混合土的浸润变形特性及饱和渗透特性并建立相应的预测模型。开展了一系列盐溶液浸润下的膨-砂混合土变形及饱和渗透特性的试验研究。引入真有效应力、蒙脱石孔隙比和临界掺砂率的概念，提出力-化耦合作用下膨-砂混合土水-力特性预测模型。通过对比不同种类膨润土掺砂混合土的变形、渗透试验结果与模型预测结果，验证了模型的正确性。砂颗粒级配也可通过改变膨-砂混合土孔隙特征进而影响混合土的膨胀性、渗透性，对掺入不同粒径砂的不同膨、砂配比的膨-砂混合土试样开展了膨胀试验、一维压缩试验及渗透试验，研究了土样的膨胀特性、压缩特性以及饱和渗透特性。并结合图像识别手段，阐述了砂粒径尺寸对膨-砂混合土水-力特性的影响机制。沿海滩涂型填埋场膨润土基混合土防渗屏障受到海水与渗滤液共同侵蚀的作用，物理化学性质发生改变，从而影响其防渗截污工程特性。一旦其防渗截污功效减弱或丧失，污染物就会向生物圈扩散。因此，亟需研究海水与渗滤液共同影响下膨-黏混合土隔离墙的防渗截污特性。开展了蒸馏水、NaCl溶液、NH4Cl溶液及NaCl+NH4Cl混合溶液渗透下的渗透试验，得到了不同膨润土掺量膨-黏混合土的渗透规律。渗透试验结束后，对膨-黏混合土进行表观观测、微观孔径测试，得到了膨-黏混合土的表观粗糙度、微观孔径分布规律，分析膨-黏混合土的防渗机理，建立不同盐溶液渗透下膨-黏混合土饱和渗透系数预测方法。对渗透试验得到的渗出液进行了截污特性测试试验，得到了膨-黏混合土的截污能力；开展了膨润土自由膨胀率试验，得到了膨润土在不同盐溶液下的自由膨胀特性，进而分析膨-黏混合土的截污机理。