重金屬侵入下巖土的力學特性及固化機理研究.pdf

1、重金屬污染巖土在我國廣泛分布，尤其在有色礦產(chǎn)資源大省的廣西、云南等地。巖土體被重金屬元素污染后，顆粒間的膠體被溶蝕、膠結(jié)強度被破壞而改變了土體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導致巖土體的孔隙比、壓縮性增大，抗剪強度降低、承載力下降等性質(zhì)的變化。目前對重金屬污染巖土的工程性質(zhì)、固化機理、防治措施的研究成果較少，在工程建設中大多將其作為一般土處理或不處理，導致污染巖土路基、邊坡、建筑地基等開裂、垮塌工程事故的發(fā)生。因此研究污染巖土的工程特性、本構(gòu)關系、固化機理

2、及防治措施，對評價與治理重金屬污染巖土地（路）基、邊坡，以及合理利用重金屬污染土體資源具有重要意義。
　　本文首先調(diào)查了廣西重金屬污染巖土的分布情況，統(tǒng)計了污染巖土的基礎數(shù)據(jù)，確定了廣西污染土的背景值的大小、相關變異系數(shù)，并以此劃分了重金屬污染巖土的分布范圍。建立了污染遷移試驗模型對重金屬元素（鎘）Cd、（鉛）Pb、（鋅）Zn遷移特性進行了研究，采用偏最小二乘法(PLS)對各元素遷移能力進行了線性回歸分析，確定了三種元素遷移能力、

3、自凈能力的大小關系。研究結(jié)果表明:（鎘）Cd、（鉛）Pb的遷移特性較強，不受土體自凈能力的影響，（鋅）Zn的遷移特性受土體自凈能力的影響較大，遷移特性最弱。
　　通過三軸試驗、壓縮試驗和直剪試驗對重金屬污染土進行了研究，在100、200、300KPa圍壓條件下，對5種重金屬含量不同的污染土試樣:一般土、污染土(重金屬元素質(zhì)量比分別為:1％、2％、3％、4％)進行三軸對比試驗。試驗結(jié)果表明:污染土的強度隨著重金屬元素的含量的增加顯著

4、降低，圍壓增大對重金屬含量低的污染土的強度的影響不顯著，質(zhì)量比小于1％時，峰值強度降低10％-15％，質(zhì)量比大于3％時，峰值強度降低40％-50％;直剪試驗結(jié)果表明:質(zhì)量比小于1％的污染土抗剪強度-垂直壓力曲線基本平行，垂直壓力與抗剪強度成正比，抗剪強度降低幅度為5％-10％，質(zhì)量比大于3％的污染土抗剪強度-垂直壓力曲線表現(xiàn)為不規(guī)則，抗剪強度降低45％-55％左右;壓縮試驗結(jié)果表明，污染土與一般土的壓縮量差別較大，質(zhì)量比超過3％以上時對

5、壓縮性的影響尤為顯著。根據(jù)三軸試驗結(jié)果與Mastsuoka-Nakai準則建立了污染土的本構(gòu)關系，經(jīng)驗證該模型在描述污染土的應力-應變關系方面更符合實際。
　　探討了有機物固化下的重金屬污染土力學性能與體變特性，在低、相對中高圍壓條件下，對原狀污染土與添加固化劑的污染土試樣進行了三軸固結(jié)排水剪切對比試驗，繪制了兩種污染土試樣的力學體變特性曲線。采用修正劍橋模型形式作為壓縮屈服面與Pietruszczak和Stolle所提出的屈服函

6、數(shù)作為剪切屈服面建立一個適用于污染土的雙屈服面彈塑性本構(gòu)模型，將試驗結(jié)果作為計算參數(shù)對模型進行了驗證。該模型克服了單曲面模型的不能模擬土體體變臨界狀態(tài)的缺陷，較為合理地反映了污染土的體變過程。結(jié)果表明:添加有機物固化劑顯著提高了重金屬污染土的強度，有效改善了重金屬污染土在低圍壓作用條件下體脹、中高圍壓作用下體縮的力學特性;雙屈服面應變軟化彈塑性本構(gòu)模型的擬合結(jié)果與試驗結(jié)果較為吻合，表明該模型在描述重金屬污染土體變特性方面具有一定的優(yōu)越性

7、。
　　分析了不同試驗條件下重金屬污染巖石的性能變化，根據(jù)試驗結(jié)果探討了重金屬含量對巖石風化速度、力學性能的影響，以及重金屬元素對巖石水化、水解作用影響的機理;同時根據(jù)重金屬元素的侵入性能、延伸性能大小關系，建立了污染巖石侵入面損傷的三維組合本構(gòu)模型，并對模型擬合結(jié)果與試驗結(jié)果進行了對比。結(jié)果表明:重金屬元素導致雙電層厚度增大，擴散層的斥力發(fā)生改變，水化膨脹應力增大，導致了巖石裂隙面的擴張、延伸，強度降低，重金屬元素水解常數(shù)形成新