有機污染液對膨潤土壓縮性狀的影響研究

陳永風

(山東華宇工學院，山東 德州 253000)

0 引言

早期防滲工程中，壓實黏土墊層使用較多。隨環境工程、地下工程等對防滲要求的不斷提高，以膨潤土為主要材料的土工織物膨潤土墊正廣泛應用于核廢料處置、衛生填埋場、河流堤壩、人工湖、污水處理池、地下室等防滲截污工程[1-2]。根據年鑒資料顯示，我國2017年生活垃圾清運量21 510.9萬噸，污泥產量達7 436萬噸。這些產量巨大的廢棄物在填埋處理過程中在壓實和微生物分解作用下，其中污染物隨水分溶出，又與降雨和徑流等一起形成氨氮含量高、有機污染物濃度高、溶解性固體含量較高的滲濾液[3]，因此在襯墊系統中采用膨潤土利用其較低的滲透性避免“二次污染”的產生。實踐證明，為改善水質和提高河道過水、排洪及航運能力的疏浚工程會產生大量的疏浚底泥，疏浚底泥中含有大量的有機污染物、病原體、微生物及重金屬等[4]。另外，自然界中大量存在的有機污染物對該地區工程建設會產生不可忽視的影響。

研究表明，有機質具有孔隙多、比表面積大、吸附性強等特點，因此有機質的存在會對土體的工程性質產生顯著影響[5]。污水處理廠產生的污泥和疏浚底泥中富含的有機污染物會改變土體的工程力學性質，使得污泥和疏浚泥再利用工程中的難度加大。垃圾和污泥等廢棄物處理以填埋為主[6]，廢棄物中有機污染物在接觸到膨潤土時，仍會改變其膨潤土原有的優良特性，從而影響填埋場使用期限。可見，研究有機污染物對土體物理力學性質的影響十分有必要。探究有機污染物對膨潤土力學性狀的影響對保證防滲截污工程長期運行具有重要意義，該項研究值得開展。

1 試驗概況

采用人工配置有機污染土探究有機污染物對膨潤土工程壓縮性狀的影響，考慮到實際襯墊工程中由于鈉基膨潤土具有其優良的防滲性能而應用廣泛，試驗土樣選用經商業渠道購入的鈉基膨潤土。

使用的鈉基膨潤土原產地為我國河南省，外觀為灰白色粉末。

鈉基膨潤土作為一種黏土礦物，其中蒙脫石含量≥85%，對鈉基膨潤土的性質起決定作用。鈉基膨潤土屬于高液限黏土。

添加有機污染物選取富里酸、腐植酸鈉和尿素，均是由商業渠道購得且同一批次。將所用富里酸、腐植酸鈉、尿素在60℃烘箱中烘干至質量恒重后，配置不同濃度的有機污染液：5%、5.0%及10.0%富里酸溶液；2.5%和5.0%富里酸+腐植酸鈉(1∶1)混合溶液，后稱為混合溶液；2.5%和5.0%腐植酸鈉溶液；2.5%和10.0%尿素溶液，除尿素溶液外觀為清澈透明液體外，其他溶液外觀均呈黑色液體。

將配置的均一有機污染液與鈉基膨潤土混合并攪拌均勻后，置于室溫20℃的環境中密封保存7 d后進行其他物理力學試驗[7]。

壓縮試驗儀器采用Hong等[8]設計改進的輕型固結儀，改裝后的固結儀將傳統固結儀中金屬蓋替換成有機玻璃蓋后可實現初級荷載0.5 kPa，壓縮試驗的加載順序為：0.5-1.5-3.125-6.25-12.5-25-50-100-200-400-800-1 600 kPa。

2 試驗結果與分析

2.1 壓縮曲線歸一化

土體的歸一化是土力學研究的基本課題之一，其對土體的性質描述和估算提供了一種十分簡便的方式，在建立土體應力-應變關系的數學模型簡化推導過程、減少參數數量及檢驗土力學中的一些經驗關系對某種土類的適應性上具有一定的意義[9]。目前，已有較多學者針對土體壓縮曲線歸一化性狀這一方面進行了大量的研究，旨在更好地分析和預測土體壓縮性狀。

Burland[10]研究表明，重塑黏土的壓縮性和強度特性可以較好地解釋天然沉積黏土相應特性，重塑黏土性質作為土體的固有性質可以為評價天然黏土的原位狀態和結構對原位性能提供重要參考。他通過探究大量不同初始含水率重塑土的壓縮特性，提出了一種可以將各種黏土壓縮特性聯系在一起的歸一化參數孔隙指數Iv，通過類比液限指數Iv=(w-wP)/(wL-wP)的定義得到的孔隙指數表達式如下：

(1)

Burland在探究初始含水率對重塑土壓縮曲線影響時，通過分析大量重塑土壓縮曲線后表明可利用孔隙指數將不同液限土的壓縮曲線歸一在一條線上即重塑土固有壓縮曲線ICL(intrinsic compression line)，能夠較好地預測初始含水率在1.0～1.5倍液限重塑土的壓縮曲線，具體表達式如下：

(2)

(3)

圖1 添加不同濃度不同種類有機污染液的 鈉基膨潤土的曲線(1.25 wL) curve(1.25wL)of sodium bentonite with different concentration and kinds of organic contamination

2.2 有機污染溶液對土體固有壓縮指標的影響

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

圖預測值與實測值對比Fig.2 Comparison of value

圖預測值與實測值對比Fig.3 Comparison of measured value

3 結論

由壓縮試驗所得試驗結果發現，Burland提出的固有壓縮曲線ICL和Hong等提出的擴展的固有壓縮曲線EICL對鈉基膨潤土及有機污染土壓縮曲線的預測效果良好。