基于電學(xué)熱學(xué)參數(shù)的有機物污染場地工程特性評價方法研究.pdf

1、在我國城市化發(fā)展進程中，有機污染物已成為工業(yè)場地主要污染源之一。土體污染后工程性質(zhì)會發(fā)生顯著改變，如何快速準確地對有機物污染場地進行評價和分類是環(huán)境巖土工程迫切需要解決的課題。電阻率和熱阻率是土體的基本物理性質(zhì)，在土體污染前后有明顯差異。本文系統(tǒng)研究了有機物污染土體的電阻率、熱阻率特征及其變化規(guī)律，并基于層次分析法建立了有機物污染場地分類評價體系，旨在為有機物污染場地的評價提供科學(xué)依據(jù)。
　　論文以國家自然科學(xué)基金重點項目(No.

2、41330641)、國家自然科學(xué)基金項目(No.41202203)為依托，以南京地區(qū)典型長江漫灘相粉質(zhì)黏土和下蜀黏土為研究對象，以0＃柴油、煤油、4.5％氯氰菊酯乳油為典型有機污染物，采用室內(nèi)試驗、模型試驗、理論分析和現(xiàn)場試驗相結(jié)合的方法，對有機物污染土體的物理力學(xué)特性和電學(xué)熱學(xué)特性進行了系統(tǒng)研究，建立了有機物污染對場地工程特性影響的評價體系。主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)系統(tǒng)總結(jié)了有機物污染土的工程特性和評價方法的研究進展

3、，對有機物污染土的物理力學(xué)特性、電學(xué)特性、熱學(xué)特性、工程性質(zhì)評價方法等方面的研究進行了分析，指出其需要解決的問題。
　　(2)深入研究了有機物污染土的物理力學(xué)特性和微觀結(jié)構(gòu)變化規(guī)律。通過室內(nèi)試驗，研究了污染物含量對有機物污染土物理力學(xué)特性指標的影響。試驗結(jié)果表明，油類污染土的液限、塑限和塑性指數(shù)均隨含油率的增加而減小;農(nóng)藥污染土的液限、塑限和塑性指數(shù)則隨農(nóng)藥含量的增加而增大;有機物污染土體的直剪強度隨含水率的增加而減小，粘聚力和內(nèi)

4、摩擦角均隨著污染物含量的增加而減小;有機污染物改變了土顆粒的微觀結(jié)構(gòu)，土顆粒受有機物污染后，團聚現(xiàn)象明顯;有機物污染對土體礦物成分無影響。
　　(3)采用溫納(Wenner)四電極法對有機物污染土的電阻率進行測試，分析了含水率、污染物含量、飽和度、孔隙率等因素對土體電阻率的影響。對于油污染土，引入“體積含液率”和“油水飽和度”兩個指標，分析了油水二相體對土體電阻率的影響。以未污染土體電阻率為基數(shù)對污染土的電阻率歸一化，定義了“電學(xué)

5、污染系數(shù)PΩ”和“體積含液比θ”，建立了油污染土的四相電阻率計算模型。研究結(jié)果表明，飽和度相同時，油污染土電阻率隨體積含液率的增加而線性增大;體積含液率相同時，電阻率隨油水飽和度的增加呈冪函數(shù)關(guān)系降低。其它條件相同時，農(nóng)藥污染土電阻率隨污染物含量增加呈冪函數(shù)關(guān)系增大，隨含水率、飽和度的增加而指數(shù)關(guān)系減小。污染土電阻率的變化幅度與土體污染程度具非線性相關(guān)性，電阻率可作為土體污染程度的評價指標。
　　(4)采用非穩(wěn)態(tài)熱探針測試技術(shù)對土

6、體污染前后的熱阻率進行測試，研究了含水率、污染物含量、飽和度、干密度等因素對污染土體熱阻率的影響規(guī)律，分析了體積含液率、油水飽和度與土體熱阻率之間的相關(guān)關(guān)系。以未污染土的熱阻率為基數(shù)，對污染土熱阻率進行歸一化處理，提出了以“熱學(xué)污染系數(shù)PK”為參數(shù)的油污染土的熱阻率計算公式。試驗結(jié)果表明，含油率相同時，試樣熱阻率隨含水率、水飽和度的增加而呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系減小;含水率相同時，熱阻率隨含油率的增大而線性增加，隨干密度的增大而非線性關(guān)系減小;飽

7、和度相同時，油污染土的熱阻率隨體積含液率的增加而線性增大。體積含液率相同時，熱阻率隨著油水飽和度的增加呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系降低。另外，土體的熱阻率和電阻率與飽和度之間在雙對數(shù)坐標上存在線性相關(guān)關(guān)系。
　　(5)設(shè)計并開展了不同含水率、不同含油率的柴油污染土的電阻率孔壓靜力觸探（電阻率CPTu）模型試驗，測試了不同狀態(tài)下土體的錐尖阻力、側(cè)壁摩阻力和電阻率，同時，采用兩電極法測量了貫入過程中土體的電阻率。測試結(jié)果表明，電阻率CPTu與室內(nèi)W

8、enner四電極法所測電阻率基本相同，兩電極法所測電阻率值比電阻率CPTu所測電阻率值大。含油率相同時，電阻率隨含水率的增加而減小;含水率相同時，電阻率隨含油率的增加而增大。錐尖阻力和側(cè)壁摩阻力隨含水率、含油率的增加而減小?？赏ㄟ^電阻率、錐尖阻力和側(cè)壁摩阻力的變化幅度估算油污染土的污染程度。
　　(6)通過某復(fù)合污染場地的電阻率CPTu測試，取得了錐尖阻力、側(cè)壁摩阻力、電阻率等參數(shù)，并對現(xiàn)場所取土、水樣分別進行了X射線熒光光譜分析

9、(XRF)、揮發(fā)性氣體及常規(guī)參數(shù)分析。結(jié)果表明不同種類污染物對土體電阻率、錐尖阻力、側(cè)壁摩阻力及土體顆分、pH等影響不同，受污染物影響較明顯的深度在4m左右。
　　(7)以土性變化參數(shù)、土體物理力學(xué)參數(shù)和場地污染成分參數(shù)三者為準則層，以污染物種類、污染物含量、用地類型、土體電阻率、熱阻率等參數(shù)為指標層，采用層次分析法構(gòu)建了有機物污染場地污染狀態(tài)的評價體系。提出了場地污染指數(shù)SQ，通過計算賦予指標層各指標相應(yīng)權(quán)重，根據(jù)各指標不同賦予