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疏浚底泥污染物在粘土防渗层中的运移规律研究

作　者: 张志红
导　师: 赵成刚；李涛
学　校: 北京交通大学
专　业: 岩土工程
关键词: 疏浚底泥污染物渗透运移粘土防渗层
分类号: X524
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 336次
引　用: 4次
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内容摘要

研究湖泊疏浚底泥中的污染物在底泥堆场下部天然粘土防渗层中的渗透运移规律以及粘土层对污染物的阻隔与防渗效果对防止二次污染具有非常重要的意义。本论文在将固结理论与污染物运移理论相结合的基础上，建立了污染物在变形多孔介质中的运移模型。以国家“十五”863重大科技专项所属课题“太湖水污染控制与水体修复技术及工程示范”研究项目为依托，论文针对太湖周边地区存在丰富的粘土层这一地层条件，开展了底泥堆场防渗粘土层中污染物的运移与阻隔特性的研究工作，取得的主要研究成果如下：1、利用自制的试验设备—双联式三轴渗透仪，针对无锡雪浪堆场底部淤泥质粉质粘土层土样，在室内进行了大量全面系统的渗透、静态吸附和动态土柱试验，试验中考虑了固结变形对污染物在土柱中渗透运移的影响。通过渗透试验确定了氨氮污染物在土样中的渗透系数；根据静态吸附试验计算出了土样对氨氮的吸附系数，并由动态土柱试验测定了氨氮在土样中的扩散系数，根据试验结果得知堆场地基土层和围堰土层对底泥中的氨氮污染物具有良好的阻隔防渗效果，同时也揭示了污染物在粘土中的一些运移转化规律。2、在将比奥固结理论和污染物运移理论结合的基础上，提出了污染物在粘土防渗层中运移的一维数学模型，该模型的最大特点是考虑了土体受力变形对污染物运移的影响。3、经过合理简化，得到了不考虑污染源浓度衰减与考虑污染源浓度衰减两种情况下所建运移模型的解析解；并对底泥中所含氨氮污染物在堆场下卧的淤泥质粉质粘土层中的运移进行了数值模拟计算，同时还对氨氮浓度在土层中的时空分布进行了预测。根据模型计算结果、试验结果与调研资料，对无锡雪浪堆场的防渗隔污能力进行了评价。结果表明堆场的围堰和地基土层对太湖疏浚底泥中的污染物已具备了足够的阻隔能力，在堆场的使用年限内不会对周围环境造成二次污染。4、因为实际天然防渗层中以成层土居多，故推导污染物在成层土中的运移模型具有非常重要的工程价值和现实意义。根据多层地基的固结模型，给出了污染物在成层弹性地基中运移模型。利用所建模型计算了太湖疏浚底泥中含有的主要污染物-氨氮在双层地基中运移时浓度随时间和深度的变化。5、通过物质坐标系下的大变形固结方程的近似解，给出了考虑土体固结大变形的污染物运移模型的表达式。

全文目录

中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
1 绪论  12-51
  1.1 选题背景及意义  12-14
  1.2 国内外研究现状  14-26
    1.2.1 粘土底场对污染物扩散的阻隔作用研究  15-17
    1.2.2 污染物在粘土介质中运移转化规律实验研究  17-21
    1.2.3 污染物在粘土介质中的运移模型研究  21-24
    1.2.4 污染物在变形粘土介质中的运移规律研究  24-25
    1.2.5 研究现状小结  25-26
  1.3 基础理论  26-40
    1.3.1 比奥固结理论  26-29
    1.3.2 物质坐标系下大变形固结理论  29-32
    1.3.3 多孔介质中的污染物运移扩散理论  32-40
  1.4 创新点  40
  1.5 研究内容  40-51
2 底泥堆场地质情况调查及土层工程性质测定  51-60
  2.1 引言  51
  2.2 区域性的地形地貌和气候概况  51-52
  2.3 区域性地质条件  52
  2.4 堆场工程地质调查  52-54
    2.4.1 堆场地形地貌  52
    2.4.2 现场钻探取样  52-54
    2.4.3 堆场地基土的构成情况  54
    2.4.4 堆场围堰土的构成情况  54
  2.5 堆场水文地质调查  54-56
    2.5.1 地下水埋藏条件  54-56
    2.5.2 地下水的渗透性  56
  2.6 底泥堆场土层的工程性质测定  56-58
    2.6.1 土的基本物性指标测定  56
    2.6.2 土的渗透性测定  56
    2.6.3 土的压缩性测定  56
    2.6.4 土的力学性质指标测定  56-57
    2.6.5 堆场土层的工程性质  57-58
    2.6.6 堆场围堰土的工程性质  58
  2.7 堆场主防渗层的确定  58-59
  2.8 小结  59-60
3 疏浚底泥污染物在粘土防渗层中渗透、阻隔和运移规律的实验研究  60-86
  3.1 引言  60
  3.2 渗透与阻隔试验设备、原理及试验方法  60-72
    3.2.1 试验目的  60-61
    3.2.2 试验设备  61-63
    3.2.3 试验原理  63
    3.2.4 试验方法  63-67
    3.2.5 试验结果分析  67-70
    3.2.6 渗透试验中的阻隔效果分析  70-72
  3.3 静态等温吸附试验研究  72-74
    3.3.1 试验设备  73
    3.3.2 试验方法  73
    3.3.3 试验结果分析  73-74
  3.4 动态土柱实验研究  74-78
    3.4.1 试验方法  75
    3.4.2 试验结果分析  75-78
  3.5 底泥污染物—磷在土层中衰减规律研究  78-81
    3.5.1 试验设备  78-79
    3.5.2 试验方法  79-80
    3.5.3 试验结果分析  80-81
  3.6 污染物—氨氮在土层中衰减规律研究  81-83
    3.6.1 试验设备  81
    3.6.2 试验方法  81-82
    3.6.3 试验结果分析  82-83
  3.7 堆场底部污染状况调查  83-84
  3.8 小结  84-86
4 考虑土体固结的污染物运移模型  86-99
  4.1 引言  86
  4.2 一维变形多孔介质污染物运移模型  86-97
    4.2.1 模型建立的基本假定  86-87
    4.2.2 建立模型的基本方程  87-91
    4.2.3 模型的求解  91-97
  4.3 小结  97-99
5 底泥中氨氮污染物运移的模拟计算  99-109
  5.1 引言  99
  5.2 底泥氨氮污染物运移的模拟对象  99
  5.3 模拟计算的结果及其分析  99-107
    5.3.1 不考虑底泥中氨氮污染物浓度随时间衰减的情况  99-105
    5.3.2 考虑底泥中氨氮污染物浓度随时间衰减的情况  105-107
  5.4 堆场地基土层和围堰防污阻隔能力的评价  107
  5.5 小结  107-109
6 考虑成层弹性地基固结的污染物运移模型  109-116
  6.1 引言  109
  6.2 成层弹性地基固结方程及求解  109-112
  6.3 污染物运移模型得数学表达式  112-113
  6.4 模拟计算及结果分析  113-115
    6.4.1 第一层防渗层(淤泥质粉质粘土)模拟计算结果  113-114
    6.4.2 第二层(粉质粘土层)模拟计算结果  114-115
  6.5 小结  115-116
附录考虑土体固结大变形的污染物运移模型  116-120
7 结论与展望  120-123
  7.1 主要结论  120-121
    7.1.1 室内试验主要结论  120
    7.1.2 理论模型及数值计算主要结论  120-121
  7.2 下一步工作展望  121-123
攻读博士学位期间发表的论文  123

疏浚底泥污染物在粘土防渗层中的运移规律研究

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