冻融作用下复合固化铅污染土工程特性劣化及其机理研究

论文摘要

随着社会发展和人们环保意识的加强,大量存在污染风险的工业制造企业随着产业结构升级和城市布局调整而关停或搬迁,从而遗留下大量重金属污染场地。固化/稳定化技术（S/S）是治理重金属污染土的主流技术方案。然而固化修复效果受众多因素影响,冻融循环作为一种重要的外部营力,其对固化/稳定化修复重金属污染土的工程力学特性的影响值得深入研究。我国存在大面积冻土区域,系统研究冻融交替作用下固化重金属污染土工程特性变化规律,对实现冻土区重金属污染场地再利用和保证其固化/稳定效果长期稳定具有重要意义。本文依托于国家自然科学基金“长期冻融作用下固化改性高浓度重金属污染土工程劣化效应机理研究（41772306）”,以冻融作用对固化重金属铅（Pb）污染土的工程特性的影响为主要研究内容。通过室内土工试验、CT扫描试验、扫描电镜试验（SEM）试验和傅里叶变换红外光谱（FTIR）试验初步探究了固化铅污染土的工程特性劣化规律和微观机理。主要研究成果如下:（1）短期冻融作用下,随着冻融循环次数的增加,铅污染土（Pb含量1%）无侧限抗压强度qu、变形模量E50、内摩擦角φ和粘聚力c均减小,渗透系数k波动变化。单一采用水泥、石灰和粉煤灰（含量2.5%）固化修复铅污染土不能使无侧限抗压强度qu、变形模量E50、内摩擦角φ、粘聚力c和渗透系数k都较优。（2）通过正交试验,以无侧限抗压强度qu、变形模量E50、内摩擦角φ、粘聚力c和渗透系数k为考察指标,得到短期冻融作用下C2.5S5F5、C5S2.5F2.5和C5S5三种较优固化比。（3）分别采用C2.5S5F5、C5S2.5F2.5和C5S5三种固化剂固化修复不同污染程度的的铅污染土。经长期冻融循环作用后,室内土工试验结果表明,三种固化铅污染土因离子不同,工程特性指标随冻融循环次数增加的劣化规律有差异;利用非参数检验,探讨了三种固化剂固化效果无显著性差异的离子浓度范围。（4）CT扫描试验表明加入水泥、石灰和粉煤灰后能明显改善土体的自身缺陷,“大体积”的孔隙明显减少。C2.5S5F5、C5S2.5F2.5和C5S5固化铅污染土的大孔隙随着冻融循环次数（0d→30d→90d）的增加而增加,宏观上表现为工程特性降低。（5）SEM试验分析表明:未经固化修复的铅污染土（Pb1）有明显的孔隙;铅污染土加入水泥（2.5%）、石灰（2.5%）和粉煤灰（2.5%）后,土体颗粒因水化产物而紧密结合,提高了整体性,增加了铅污染土强度;冻融循环作用使得微小颗粒（<1um）和微小孔隙（<2um）增多,导致无侧限抗压强度降低。（6）FTIR图谱分析表明C2.5Pb1和S2.5Pb1的FTIR图谱中所有特征峰透过率低于Pb1的FTIR图谱特征峰透过率,表明固化剂的水化产生了相应的水化产物;F2.5Pb1因粉煤灰水化程度低,推测生成了中间产物,特征峰透过率大于高于Pb1铅污染土官能团透过率。官能团随着冻融循环次数的增加而破坏是导致固化铅污染土的工程特性下降的原因之一。

论文目录

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 重金属污染土岩土工程问题研究现状

1.2.2 冻土工程研究现状

1.2.3 分析测试技术在岩土工程的应用现状

1.3 存在的问题和主要研究内容

1.3.1 存在的问题

1.3.2 主要研究内容

1.3.3 技术路线

2 试验材料与方法

2.1 试验材料

2.1.1 试验土样的基本物理性质

2.1.2 重金属污染源

2.1.3 固化剂

2.1.4 试验用水

2.2 试验方法

2.2.1 试验方案

2.2.2 试样制备与养护

2.2.3 试验仪器

2.3 本章小结

3 短期冻融作用下固化铅污染土较优固化比研究

3.1 冻融作用对固化铅污染土工程特性的影响

3.1.1 冻融条件下铅污染土工程特性劣化效应

3.1.2 冻融条件下水泥固化铅污染土工程特性劣化效应

3.1.3 冻融条件下石灰固化铅污染土工程特性劣化效应

3.1.4 冻融条件下粉煤灰固化铅污染土工程特性劣化效应

3.2 基于正交试验铅污染土较优固化比探究

3.2.1 单轴抗压正交试验结果

3.2.2 剪切指标正交试验结果

3.2.3 渗透系数正交试验结果

3.3 本章小结

4 长期冻融作用下复合固化铅污染土工程特性劣化效应研究

4.1 长期冻融作用下固化铅污染土单轴抗压劣化特征

4.1.1 无侧限抗压强度劣化特征

4.1.2 变形模量劣化特征

4.2 长期冻融作用下固化铅污染土剪切指标劣化特征

4.2.1 内摩擦角劣化特征

4.2.2 粘聚力劣化特征

4.3 长期冻融作用下固化铅污染土渗透系数劣化特征

4.4 基于非参数检验不同离子浓度固化铅污染土工程特性比较

4.4.1 单轴抗压特性比较

4.4.2 抗剪指标特性比较

4.4.3 渗透系数特性比较

4.5 本章小结

5 固化铅污染土工程特性劣化微观机理研究

5.1 CT试验

5.1.1 CT试验仪器及方法

5.1.2 CT图像处理

5.1.3 基于CT图像的孔隙结构定性分析

5.2 SEM试验

5.2.1 SEM试验仪器及方法

5.2.2 SEM图像处理

5.2.3 基于SEM图像的微观结构定性分析

5.2.4 基于SEM图像的微观结构定量分析

5.3 FTIR试验

5.3.1 FTIR试验仪器及方法

5.3.2 FTIR图谱的解析方法

5.3.3 基于FTIR图谱土样官能团分析

5.4 本章小结

6 结论及建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

附录

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李登华

导师: 杨忠平

关键词: 重金属污染土,冻融循环,正交设计,工程特性,微观机理

来源: 重庆大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,环境科学与资源利用,建筑科学与工程

单位: 重庆大学

基金: 国家自然科学基金“长期冻融作用下固化改性高浓度重金属污染土工程劣化效应机理研究(41772306)”

分类号: X53;TU43

DOI: 10.27670/d.cnki.gcqdu.2019.000021

总页数: 130

文件大小: 6788K

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