电阻率法在污染土评价与处理中的应用研究

论文摘要

本文通过对南京市长江边污水排放区的污染土的电阻率特性的试验研究,得出了污染土电阻率、结构因子和形状因子与污染土的含水量、孔隙比、污染成分的种类和浓度以及温度等因素等的关系,系统研究了重金属污染土电阻率、结构因子和形状因子随着污染程度的变化;阐述了应用电阻率及其结构参数法评价污染土的原理和过程,建立了适用于本试验区污染土的电阻率及结构参数的评价标准;通过对污染物运移模型的研究,揭示了污染土中污染物的移动规律,给出了污染物运移的统治公式以及纯扩散模型、渗透-扩散模型的解析解;运用拉普拉斯变换对有限层法进行了求解;对污染土层进行了一维和二维有限层分析,最后对南京长江边污水排放沟处污染土的污染物运移进行数值计算,预测了未来200年内各种污染物的变化情况。通过对连徐高速公路软土路基处理试验区等场地的水泥土以及污染的水泥固化土的电阻率特性的试验研究,揭示了水泥土和污染的水泥固化土的电阻率随着水泥土水泥掺入比、含水量、饱和度、水灰比、龄期以及强度等的变化关系,和水泥土污染后强度、渗透性等变化规律。主要研究成果包括:（1）污染土的电阻率、结构因子和形状因子随着含水量的增大而减小,含水量越高,电阻率和结构因子的减小幅度越小,而形状因子的减小幅度与含水量的关系不大;污染土的电阻率和结构因子随着孔隙比的增大而减小,但是形状因子随着孔隙比的变化受污染程度的影响,当污染物的浓度小于0.3%时,形状因子随着孔隙比的增大而减小;当污染物的浓度大于0.3%时,形状因子随着孔隙比的增大而增大。污染物浓度越高,污染土电阻率越小,结构因子和形状因子越大;污染土的电阻率、结构因子和形状因子随着温度的升高而降低。（2）应用电阻率和结构因子对污染等级进行检测,检测效果与含水量有关。含水量越低,各曲线之间的差距越大,检测效果越好。应用结构因子对污染等级进行判别,克服了低含水量情况下电阻率曲线临界污染线和中等污染线靠得太近的缺陷,使得对低含水量污染土污染等级的判别效果更好。但是对于更高含水量的污染土,电阻率和结构因子的数值比较接近,对污染等级的判别标准不是很清晰。采用形状因子的污染等级判别标准几乎对任何含水量的情况都是适用的,而且效果均较为理想。但是偶尔会出现严重污染线和中等污染线较为接近的情况,所以,在采用电阻率法对污染等级进行判别的时候,要综合考虑电阻率、结构因子和形状因子三种判别标准,才能准确得对污染等级进行划分。对于污染程度相当严重的污染土,应用电阻率及其结构参数法进行检测将受到限制,原因是这时污染土的电阻率、结构因子和形状因子的变化幅度非常小所造成的。（3）污染物的运移模式主要有渗透、扩散作用、弥散作用和吸收作用。当现场土层的渗透系数或者水力梯度过小时,地下水的流动就会很小甚至没有,这时污染物的运移模式为扩散作用,污染物在运移过程中遇到强含水层（渗透流速比较高）的时候,就会产生弥散现象,在工程应用中弥散现象和扩散作用可用相同的方法进行计算;通过对南京市长江边污水排放区的污染土运移的数值模拟,预计200年将达到污染极限。（4）水泥土的电阻率随着水泥土含水量、饱和度和水灰比的增加而减小,随着龄期和水泥掺入量的增加而增大;当实测了龄期34天的水泥土的电阻率的情况下,就可以对任意龄期、任意水灰比的水泥土的电阻率应用公式（5.13）进行预测。水泥固化污染土（本论文为Cu污染）的电阻率、结构因子和形状因子随着龄期和水泥掺入量的增加而增大,随着水灰比的增加而减小。水泥固化污染土的强度随着龄期的增长而增加,随着污染物含量的增高而降低,所以应用粉喷桩、搅拌桩等水泥土桩处理污染土时应加大水泥的用量,才能达到预期的处理效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 污染土的研究现状
• 1.1.1 污染土的研究内容
• 1.1.2 污染土的分析与评价
• 1.2 电阻率方法的研究现状
• 1.3 电阻率法应用现状研究
• 1.4 电阻率法仪器设备与测试原理
• 1.5 本文的研究内容
• 1.6 本文的研究方法和路线
• 参考文献
• 第二章 污染土的电阻率特性研究
• 2.1 试验方法和试验材料
• 2.1.1 试验设备和方法
• 2.1.2 试验材料
• 2.2 污染土电阻率以及结构参数影响因素分析
• 2.2.1 含水量对污染土电阻率的影响试验研究
• 2.2.2 孔隙比对污染土电阻率的影响试验研究
• 2.2.3 污染成分的浓度对电阻率的影响试验研究
• 2.2.4 温度对污染土电阻率的影响试验研究
• 2.2.5 温度校正
• 2.3 小结
• 参考文献
• 第三章 电阻率及其结构参数法对污染土的检测研究
• 3.1 试验方法和材料
• 3.2 区域性电阻率及结构参数法检测标准的建立
• 3.2.1 电阻率与污染成分浓度关系的研究
• 3.2.2 不同污染等级下电阻率及其结构参数值的确定
• 3.3 污染土电阻率法的检测实例分析
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 土体中污染物运移的数值模拟研究
• 4.1 污染物运移机理研究
• 4.1.1 渗透
• 4.1.2 扩散作用
• 4.1.3 渗透-扩散模式
• 4.1.4 弥散现象
• 4.1.5 吸附现象
• 4.1.6 衰退和生物腐蚀
• 4.2 污染运移的主要公式
• 4.3 运移模型的解析解法
• 4.3.1 纯扩散模型的解析解
• 4.3.2 渗透-扩散模式的解析解
• 4.4 污染物运移数值分析
• 4.4.1 数值分析方法概述
• 4.4.2 应用拉普拉斯变换对有限层法进行求解
• 4.5 污染土层的有限层分析
• 4.5.1 一维有限层分析
• 4.5.2 二维有限层分析
• 4.6 污染运移模拟实例分析
• 4.6.1 计算区域概况
• 4.6.2 计算结果及分析
• 4.7 小结
• 参考文献
• 第五章 污染土水泥固化电阻率特性研究
• 5.1 水泥土的电阻率特性研究
• 5.1.1. 前言
• 5.1.2. 电阻率法的原理与测试方法
• 5.1.3 试验方法和结果讨论
• 5.2 污染土水泥固化电阻率特性研究
• 5.2.1 试验简介
• 5.2.2 试验结果分析
• 5.3 小结
• 参考文献
• 第六章 结论
• 致谢
• 发表论文