（岩土工程专业论文）污染对水泥土电阻率特性影响的试验与理论研究.pdf

太原理工大学博士研究生学位论文 污染对水泥土电阻率特性影响的试验与理论研究 摘要 在工程中污染可以引起水泥土地基强度的降低，导致建筑物失稳或 破坏，因此研究污染对水泥土的影响非常重要，这已经成为环境岩土工 程领域中的一个新课题，但是目前国内外尚无检测污染水泥土的专用手 段和方法。论文以h 2 s 0 4 、n a o h 溶液浸泡水泥土模拟环境污染水泥土， 以含h 2 s 0 4 、n a o h 、m g c l 2 、m g s 0 4 、n a 2 s 0 4 等污染土的水泥土模拟 土体污染水泥土，利用作者自行研制的水泥土电阻率自动测试仪，来研 究环境污染和土体污染水泥土的电阻率特性，揭示了电阻率同污染成 分、浓度( 或含量) 、龄期及无侧限抗压强度的变化规律。 主要研究成果归纳如下： 第一，通过仔细研究水泥土电学模型( k o m i n e 模型) ，观察分析不 同放大倍数下水泥土s e m 照片，结合化学反应，指出了k o m i n e 模型存 在的问题，提出了新的水泥土电学模型。 第二，污染水泥土是一种特殊的电化学体系，在测试过程中必须考 虑直流电的极化等电化学效应问题，通过试验并借鉴前人经验，提出了 适合于污染水泥土的电阻率测试方法，并研制了电阻率自动测试仪，实 现了测试过程的智能化，该仪器己被授予发明专利。 第三，系统研究了环境污染下水泥土的电阻率特性。( 1 ) h 2 s 0 4 溶 t 太原理工大学博士研究生学位论文 液浸泡下：水泥土电阻率、孔隙水电阻率均随着龄期的增加而增加，随 着溶液浓度的增加而减小；结构因子随着龄期和溶液浓度的增加而增 加；水泥土无侧限抗压强度随着水泥土电阻率的增加而增大；建立了水 泥土电阻率预测公式；考虑侵蚀因子后，对a r c h i e 法则进行修正，建立 了h 2 s 0 4 侵蚀下的水泥土电阻率模型；初步提出用水泥土电阻率来评价 水泥土受h 2 s 0 4 侵蚀程度的量化指标。( 2 ) n a o h 溶液浸泡下：水泥土 电阻率、孔隙水电阻率均随着龄期的增加而增加，随着溶液浓度的增加 而减小；结构因子随着龄期的增加而减小，随着溶液浓度的增加而增加； 水泥土无侧限抗压强度随着水泥土电阻率的增加而增大；建立了水泥土 电阻率预测公式。 第四，系统研究了土体污染下水泥土的电阻率特性。含h 2 s 0 4 、 m g s 0 4 、n a 2 s 0 4 污染土的水泥土电阻率均随着龄期的增加而增加，随着 污染物含量的增加先增加后降低；含n a o h 污染土的水泥土电阻率随着 龄期和污染物含量的增加而增加；含m g c l 2 污染土的水泥土电阻率随着 龄期的增加而增加，随着含量的增加而降低；建立了含m g c l 2 污染土的 水泥土电阻率预测公式；含以上污染土的水泥土无侧限抗压强度均随着 水泥土电阻率的增加而增大。 第五，根据污染前后水泥土无侧限抗压强度的变化，建立了基于污 染物浓度( 或含量) 的水泥土强度影响系数公式，可以对建筑地基处 理技术规范的11 2 4 2 式予以修正；将环境污染和土体污染根据污染 成分的酸碱性综合划分为3 种情形：酸性环境( 以h 2 s 0 4 为代表) 、碱 性环境( 以n a o h 为代表) 、中性环境( 以m g c l 2 、m g s 0 4 、n a 2 s 0 4 为 t t 太原理工大学博士研究生学位论文 代表) ，对于以上特定的污染，只要测出水泥土电阻率后，就可以用相 应的电阻率与强度关系式计算其强度值，由此得到通过水泥土电阻率计 算桩身材料强度决定的单桩承载力确定方法。 第六，水泥土电阻率随龄期、污染浓度( 或含量) 、无侧限抗压强 度的变化是由于孔隙结构和导电离子数量的变化引起的，水泥土的电阻 率越高，结构的整体导电性就越低，土颗粒之间的连接就越紧密，孔隙 比就越小，孔隙的连通性就越差，导致水泥土的抗压强度越高。 第七，水泥土的受压破坏过程实际上就是损伤的过程，而水泥土的 电阻率能够很好的反映水泥土强度的变化规律。以受压过程中水泥土应 变和电流变化为基准，得到了损伤演变方程，初步建立基于电阻率变化 的水泥土损伤本构模型。 关键词：污染，电阻率，电学模型，无侧限抗压强度，损伤模型 太原理工大学博士研究生学位论文 e x p e r i m e n t a la n dt h e o r e t i c a li 之e s e a r c ho f i n 限l u e n c e0 ne l e c t r j c a lr e s i s t i t yo f s o i l c e n n tb yp o l l u t l 0 n a b s t r a c t p o l l u t i o nc a nb r i n gt h es t r e n g t hd e p r e s s i o no fs o i l c e m e n tf o u n d a t i o n a n di n d u c ei n s t a b i l i t yo rd i s r u p t i o no fb u i l d i n g ，s os t u d y i n gt h ei n f l u e n c eo n s o i l c e m e n tb yp o l l u t i o nh a sb e c o m em o r ea n dm o r ei m p o r t a n tw h i c hm a d e i tan e wt o p i co nt h ea r e ao fe n v i r o n m e n t a lg e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g b u ta t p r e s e n t ，t h e r e a r en os p e c i a lm e a n sa n dm e t h o d sf o rp o l l u t e ds o i l c e m e n t t e s t i n gi nd o m e s t i co rf o r e i g n i nt h i sp a p e r , as e r i e so fl a bt e s t sw e r e c o n d u c t e dt os t u d yb o t ht h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o ni n f l u e n c ea n ds o i l p o ll u t i o ni n f l u e n c eo ns o i l c e m e n t t h es o i l c e m e n ts a m p l e sw e r es o a k e di n h 2 9 0 4 ，n a o hs o l u t i o n t os i m u l a t et h ee n v i r o m e n t a l p o l l u t i o n ，a n d t h e s o i l c e m e n t s a m p l e s w e r em a d e b y t h es o i lc o n t a m i n a t e d b y h 2 5 0 4 ，n a o h ，m g c l 2 ，m g s 0 4 ，n a 2 s 0 4 t os i m u l a t et h es o i lp o l l u t i o n u t i l i z e d t h ea u t o m a t i ct e s t e rf o re l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yo fs o i l c e m e n td e v e l o p e db y a u t h o rp e r s o n a l l y , t h ec h a r a c t e r i s t i co fe l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yo fs o i l c e m e n t u n d e re n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na n ds o i lp o l l u t i o nw e r es t u d i e da n dt h e v 太原理工大学博士研究生学位论文 v a r i e t y l a w so fe l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yc h a n g e dw i t hi n f e c t a n tc o m p o n e n t ， c o n c e n t r a t i o n ( o rc o n t e n t ) ，a g ea n du n c o n f i n e dc o m p r e s s i o ns t r e n g t hw e r e p o i n t e d o u t t h em a i na c h i e v e m e n t sa r ea sf o l l o w e d ： f i r s t l y , t h el i m i t a t i o no fe l e c t r i c a lm o d e lo fs o i l c e m e n t ( k o m i n em o d e l ) w a sp o i n t e do u ta n dan e we l e c t r i c a lm o d e lo fs o i l c e m e n tw a sp r o p o s e d ， b a s e do nd e t a i l e ds t u d yo fk o m i n em o d e la n do b s e r v a t i o na n a l y s i so f s o i l - c e m e n t s e mp h o t o s s e c o n d l y , a sas p e c i a le l e c t r o c h e m i c a ls y s t e m ，e l e c t r o c h e m i c a le f f e c t p r o b l e m ss u c ha sp o l a r i z a t i o no fd i r e c tc u r r e n ts h o u l db ec o n s i d e r e dd u r i n g t e s t o nab a s i so ft e s ta n df o r m e r se x p e r i e n c e ，t h et e s tm e t h o do fe l e c t r i c a l r e s i s t i v i t ys u i t a b l e f o rp o l l u t e ds o i l c e m e n tw a sb r o u g h tf o r w a r da n da n a u t o m a t i ct e s t e rf o re l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yt e s t i n gw a sd e v e l o p e dt oa c h i e v et h e t e s tp r o c e s si n t e l l i g e n t i z e ，w h i c hw a sg r a n t e di n v e n t i o np a t e n t t h i r d l y , t h ec h a r a c t e r i s t i co fe l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yo fs o i l c e m e n tu n d e r e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nw a ss t u d i e db yt h en u m b e r s ( 1 ) s o a k e di nh 2 s 0 4 s o l u t i o n ：b o t ht h ee l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yo fs o i l - c e m e n ta n dt h ee l e c t r i c a l r e s i s t i v i t yo fp o r ew a t e rw e r ei n c r e a s e dw i t h t h ei n c r e m e n to fa g ea n d d e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e m e n to fs o l u t i o nc o n c e n t r a t i o n ；t h ef o r m a t i o nf a c t o r w a si n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e m e n to fa g ea n ds o l u t i o nc o n c e n t r a t i o n ；t h e u n c o n f i n e dc o m p r e s s i o ns t r e n g t ho fs o i l c e m e n tw a si n c r e a s e dw i t ht h e i n c r e m e n to fe l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yo fs o i l c e m e n t a n da na n t i c i p a t i n gf o r m u l a v i 太原理工大学博士研究生学位论文 o fe l e c t r i c a lr e s is t i v i t yo fs o i l c e m e n tw a sd r a w no u t a f t e rc o n s i d e r e dt h e f a c t o r so fe r o s i o n ，t h ea r c h i el a ww a sm o d i f i e da n dt h em o d e lo fe l e c t r i c a l r e s i s t i v i t yo fs o i l c e m e n tu n d e rh 2 8 0 4 e r o s i o nw a se s t a b l i s h e d m e a n w h i l e ， t h ee l e c t r i c a lr e s is t i v i t yo fs o i l c e m e n tw a su s e da saq u a n t i z a t i o ni n d e xt o e v a l u a t et h ed e g r e eo fs o i l c e m e n te r o d e db yh 2 s 0 4s o l u t i o n ( 2 ) s o a k e di n n a o hs o l u t i o n ：t h ee l e c t r i c a lr e s i s t i v i t ya n dt h eu n c o n f i n e dc o m p r e s s i o n s t r e n g t ho fs o i l c e m e n ta n de l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yo fp o r ew a t e rf o l l o w e dt h e s a m ew a ya st h es o i l c e m e n ts o a k e di nh 2 s 0 4s o l u t i o n ；t h ef o r m a t i o nf a c t o r w a sd e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e m e n to fa g e ，w h e r e a sw a si n c r e a s e dw i t ht h e i n c r e m e n to fs o l u t i o nc o n c e n t r a t i o n a na n t i c i p a t i n gf o r m u l ao fe l e c t r i c a l r e s i s t i v i t yo fs o i l c e m e n tu n d e rt h i sc o n d i t i o nw a sd r a w no u t ，t o o f o u r t h l y , t h ec h a r a c t e r i s t i co fe l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yo fs o i l c e m e n tu n d e r s o i l p o l l u t i o n w a ss t u d i e d t h ee l e c t r i c a lr e s i s t i v i t i e so fs o i l c e m e n t c o n t a i n e dc o n t a m i n a t e ds o i ls u c ha sh 2 5 0 4 ，m g s 0 4 ，a n dn a 2 s 0 4w e r e i n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e m e n to fa g e ，a n df i r s t l yi n c r e a s e da n dt h e nd e c r e a s e d w i t ht h ei n c r e m e n to fp o l l u t a n tc o n t e n t a n dt h a to fs o i l c e m e n tc o n t a i n e d n a o hc o n t a m i n a t e ds o i lw a si n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e m e n to fa g ea n d p o l l u t a n tc o n t e n t w h i l et h a to fs o i l - c e m e n tc o n t a i n e dm g c l zc o n t a m i n a t e d s o i lw a si n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e m e n to fa g ea n dd e c r e a s e dw i t ht h e i n c r e m e n to fp o l l u t a n t c o n t e n t ；a na n t i c i p a t i n gf o r m u l ao fe l e c t r i c a l r e s i s t i v i t yo fs o i l c e m e n tc o n t a i n e d m g c l 2 , c o n t a m i n a t e ds o i lw a sd r a w n o u t a l lt h eu n c o n f i n e dc o m p r e s s i o ns t r e n g t ho fs o i l - c e m e n tc o n t a i n e dt h e s e v i i 太原理工大学博士研究生学位论文 c o n t a m i n a t e ds o i ll i s ta b o v ew e r ei n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e m e n to fe l e c t r i c a l r e s i s t i v i t yo fs o i l - c e m e n t f i f t h l y , b a s e do nt h ec o m p a r i s o no fu n c o n f i n e dc o m p r e s s i o ns t r e n g t h s b e f o r ea n da f t e rp o l l u t i n g ，a ni n f l u e n c ec o e f f i c i e n tf o r m u l ao fs o i l c e m e n t s t r e n g t hw a ss e tu po nt h eb a s i so fp o l l u t a n tc o n c e n t r a t i o n ( o rc o n t e n t ) w h i c hc a nm o d i f yt h ef o r m u l a11 2 4 2i n ( ( t e c h n i c a lc o d ef o rc o n s t r u c t i o n g r o u n di m p r o v e m e n t a c c o r d i n g t ot h e a c i d i t y a n da l k a l i n eo f c o n t a m i n a t i o nc o m p o n e n t ，n o to n l yt h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nb u ta l s o t h es o i lp o l l u t i o nc a nb ed i v i d e di n t ot h r e ec o n d i t i o n s ：a c i d i t yc o n d i t i o n ( r e p r e s e n t e db yh 2 8 0 4 ) ，a l k a l ic o n d i t i o n ( r e p r e s e n t e db yn a o h ) a n d n e u t r a l c o n d i t i o n ( r e p r e s e n t e db ym g c l 2 ，m g s 0 4 ，n a 2 s 0 4 ) f o ra b o v e g i v e np o l l u t i o nc o n d i t i o n s ，t h es t r e n g t hv a l u ec a nb ec a l c u l a t e de a s i l yb y r e s p e c t i v e r e l a t i o nb e t w e e ne l e c t r i c a l r e s i s t i v i t y a n d s t r e n g t h i ft h e e l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yo fs o i l c e m e n tw a sm e a s u r e d ，i nt u mt h es i n g l ep i l e s c a p a c i t yw h i c hw a sd e t e r m i n e db yt h em a t e r i a ls t r e n g t ho fm a d e - u pp i l e s c a nb ec a l c u l a t e db a s e do nt h ee l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yo fs o i l c e m e n t s i x t h l y , t h ev a r i e t yo fe l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yo fs o i l c e m e n tw i t ha g e ， p o l l u t i o nc o n c e n t r a t i o n ( o rc o n t e n t ) a n du n c o n f i n e dc o m p r e s s i o ns t r e n g t hi s a r o u s e db yt h ev a r i e t yo fp o r es t r u c t u r ea n dt h eq u a n t i t yo fe l e c t r i ci o n w i t h t h ei n c r e m e n to fe l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yo fs o i l - c e m e n t ，t h ew h o l es t r u c t u r a l c o n d u c t i b i l i t yb e c a m el o w e r , t h ec o n n e c t i o nb e t w e e ns o i lp a r t i c l e sb e c a m e t i g h t e r , t h ev o i dr a t i ob e c a m es m a l l e ra n dt h ep o r ec o n n e c t i v i t yb e c a m e v i i i 太原理工大学博士研究生学位论文 w o r s e a l lo ft h o s er e s u l t e di na ni n c r e m e n to fc o m p r e s s i v es t r e n g t ho f s o i l c e m e n t s e v e n t h l y , t h ec o m p r e s s i o n d e s t r o y i n gp r o c e s s o fs o i l - - c e m e n ti sa d a m a g ep r o c e s si np r a c t i c e t h e e l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yo fs o i l c e m e n tc a n r e f l e c tt h el a wo fs o i l c e m e n ts t r e n g t hv a r i e t yc o m m e n d a b l y o nt h eb a s i so f e l e c t r i c a l r e s i s t i v i t yv a r i e t y u n d e r c o m p r e s s i o np r o c e s s ，t h e d a m a g e e v o l v e m e n te q u a t i o n w a so b t a i n e da n da d a m a g em o d e l o f s o i l - c e m e n tw a se s t a b l i s h e dp r i m a r i l yb a s e do nt h es t r a i no fs o i l - - c e m e n ta n d c u r r e n tv a r i e t y k e yw o r d s ：p o l l u t i o n ，e l e c t r i c a lr e s i s t i v i t y , e l e c t r i c a lm o d e l ，u n c o n f i n e d c o m p r e s s i o ns t r e n g t h ，d a m a g em o d e l i x 声明尸明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名： 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关音b f - j 送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 j 签名：二萋主墨l 日期：型型坠型l 导师签名：沏蝴 太原理工大学博士研究生学位论文 论文独创性说明 本论文是作者在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特 别加以标注和致谢的地方外，论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，所作 的工作主要体现在以下几点： 1 通过对不同放大倍数下的水泥土s e m 照片进行分析，并结合化学反应，建 立了新的水泥土电学模型。 2 根据污染水泥土的特点，首次研制了适用于污染水泥土电阻率自动测试仪， 由硬件系统和软件系统组成，测量数据数字显示，读数清晰、直观，结果直接打印， 已获发明专利。 3 通过大量试验的测试，首次研究了环境污染和土体污染的水泥土电阻率特 性，得出了电阻率和污染物浓度( 或含量) 、龄期、无侧限抗压强度的定量关系式； 首先提出侵蚀因子的概念，对a r c h i e 法则进行了修正，建立了h 2 s 0 4 溶液侵蚀下的 水泥土电阻率结构模型。 4 提出可以将环境污染和土体污染综合划分为3 种情形：酸性环境( 以h 2 s 0 4 为代表) 、碱性环境( 以n a o h 为代表) 、中性环境( 以m g c l 2 、m g s 0 4 、n a 2 s 0 4 为代表) ，对于以上特定成分的污染，只要测出水泥土电阻率后，就可以用相应的电 阻率与强度关系式计算其强度值，由此提出通过水泥土电阻率计算桩身材料强度决 定的单桩承载力计算方法。 5 提出通过测定无损和受损状态时水泥土的电流和应变米定义损伤变量，然后建 立了基于电阻率变化的水泥土损伤模型。 1 2 9 太原理工大学博士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 环境岩土工程的研究现状 1 1 1 环境岩土工程的发展 岩土工程本来就很复杂，随着人口增长、生活水平的提高和工业化进展，将变 得更加复杂。大量以前认为不适合居住和其他工程应用的土地也被利用，而使空气、 水和土地受到污染。在各种环境条件下，目前用于分析土性的土力学原理和方法己 受到挑战。因此，环境岩土工程发展迅速，它是一门交叉科学，覆盖了在大气圈、 生命圈、地水圈、岩石圈及地质微生物圈等各种环境下土和岩石及其相互作用问题。 地质微生物层是指树根特性和细菌活动及其对水土体系工程性质有影响的土层【1j 。 自从第一届环境岩土工程国际学术讨论会于1 9 8 6 年召开以来，环境岩土工程得 到迅速发展，不仅覆盖了传统岩土工程问题，而且延伸到【2 】：有害有毒废料控制； 湿地、海岸边、疏浚和海相沉积物；干旱和沙漠地区；敏感性生态地质环境 及考古技术。在环境岩土工程领域，现在主要有两个分支：地质环境工程和生态环 境工程。地质环境工程主要强调有害有毒废料控制系统的管理和修正、填料场的选 择、填料的稳定分析和土清污技术。生态岩土工程研究环境岩土工程的敏感性生态 和地质方面的问题。 近几年随着城市化、工业化进程加快，城市工程建设迅猛发展，引起或诱发的 环境岩土工程问题愈来愈严重，其中工业企业对地基土污染问题就是较为严重的环 境岩土工程问题【3 j 。所谓污染土，主要是指普通地基土受到工业生产过程中产生 的三废( 废气、废液、废渣) 侵蚀，而使土质发生化学变化，改变了土的原有性状的 一类土【4 】。在工程中，污染土可以引起地基强度降低，导致建筑物失稳或破坏，引 发一系列工程质量事故，因此研究污染土的污染机理、性状和因地制宜采取整治措 施对稳定建设工程质量，保护环境具有重要意义。国外对于污染土的研究始于2 0 世 纪7 0 年代，欧美等国家对污染土进行了较为系统的研究，积累了许多污染土的研 究和治理经验【5 】1 6 1 【7 1 。 污染土的主要研究内容可以归纳为【8 】 9 1 i o 】： 太原理工大学博士研究生学位论文 ( 1 ) 对比土污染前后以及不同污染地段的物理力学性能指标，除常规指标外， 还应特别注意膨胀试验、湿化试验、湿陷性试验等测定值； ( 2 ) 调查污染物的来源、污染途径、污染历史等，测定污染土的化学成分，包 括全量分析参数、易溶盐含量、p h 值、有机物含量、矿物矿相分析成果等； ( 3 ) 研究土一污染物相互作用的方式、反应结果、时间和温度效应、生成物 的性质及其影响； ( 4 ) 鉴定土的微观结构，通过原子力显微镜( a f m ) 和扫描电子显微镜( s e m ) 等手段从污染污染前后的微观结构变化分析污染土的成分与结构； ( 5 ) 调查地下水的分布及其与污染物作用的关系； ( 6 ) 水质分析，其中包括水中污染物含量、水对金属和混凝土的侵蚀性等； ( 7 ) 测定土胶粒表面吸附阳离子交换量及成分，离子发生基( 如易溶硫酸盐) 的 成分及含量； ( 8 ) 查明污染土的空间分布，按不同污染程度划分污染区； ( 9 ) 对污染土作出岩土工程评价； ( 1 0 ) 模拟试验，为预测地基土可能受某溶液污染的后果，可事先取样进行试 验，如将土试样夹在两块透水石之间，再浸入废酸、碱液中，经不同时间后取出观 察变化；还可进行压缩试验，判定其强度、变形，并与正常土比较预测发生的变化； 进行抗剪强度对比试验等等。这样就可得到废液侵蚀对地基土的影响，从而提出采 取预防措施的建议，提出治理污染土的措施和方法。 对污染土及污染土地基或场地的分析与评价，除了常规的岩土工程评价内容 外，还包括以下几个方面的内型9 j ： ( 1 ) 评价污染程度按污染等级分区。严重污染土是指物理力学指标有较大幅 度变化，地基土的性质变化较大的土；中等污染土则是有明显变化，地基土的性质 也发生了一定变化的土；轻微污染土则是从土化学分析中检测出含有污染物，而其 物理力学性质无变化或变化不明显的土。目前污染等级的划分是选用某一( 或某些) 标志参数作定量或半定量标准。如化工部南京勘察公司采用的标志参数是易溶盐含 量，并参考了盐渍土等级划分标准。美国l e h i g h 大学按p h 值在室内试验中区分 土的不同污染程度。 ( 2 ) 确定污染土的承载力及其他强度指标。可以通过原位剪切试验或室内试 2 太原理工大学博士研究生学位论文 验获得土的强度值。从现场载荷试验获得土的承载力。但土体受污染后强度都有不 同程度的降低，原来用以确定承载力的方法和一些物理力学强度值不一定能正常反 映污染土的性状。因此，考虑到污染土的特殊性，现有的承载力表和经验公式不一 定适用于污染土的评价。在这方面还要加强经验总结和理论研究。 ( 3 ) 判定污染土对金属和混凝土的侵蚀性。由于污染土中含有大量的腐蚀性 的酸碱废液和盐类，对金属和混凝土都具有腐蚀性。侵蚀性也要按污染等级分区分 别判定。目前，国内对污染土的腐蚀性评价是沿用盐渍土的评价方法和标准来进行 的。但由于盐渍土的特殊形成条件，使得盐渍土的成分相对简单，而污染土是土体 的二次作用结果，原土和污染源的物质成分具有多样性，其化学作用过程复杂以及 容易受环境条件( 如透水性、温度等) 的制约和影响。因此，对金属和混凝土的腐蚀 成分和强度的评价与盐渍土是有一定区别的。 ( 4 ) 根据污染等级分阶段提出相应的处理措施。对于严重污染土和中等污染 土地段要采取合适的处理方法，来改善污染土的工程特性提高其地基强度；对于轻 微污染土地段一般可以不治理，如有侵蚀性，则要在工程施工时采取防护措施。 ( 5 ) 预测污染的发展趋势。对可能出现污染的场地，或虽经治理，但污染源 有可能没有根除，污染途径可能没有杜绝，土的污染还可能继续发展时，需对其可 能产生的后果作出预测，同时还应对污染的发展提出检测意见。预测内容应包括污 染物与土颗粒可能发生何种化学作用，由于时间效应和环境效应土体物理力学性质 会怎样变化，所以应预测时间和空间这两个方面。 由于化工原料的渗漏【l l l 、酸雨的降落【1 2 】以及海水的渗入【1 3 】直接导致地下水中 含有大量的硫酸盐；我国约8 5 的造纸企业为年产量3 0 0 0 吨以下的中、小造纸厂， 这些以稻草、麦秸为主要原料的碱法造纸厂，年产1 万吨纸板就要排放废水3 0 0 万 吨左右，而且大多数造纸厂因资金、技术、工艺等原因，废水( 主要是废碱液) 未 经处理就直接排放，以及车间废碱液渗透到地基中【l 训；由于城市的快速发展，许多 废弃的化工厂房、车间土地被开发，已经遭受污染的土体被重新利用；这些现象均 导致严重的环境污染，影响地基强度和耐久性，进一步引起建筑物的失稳或破坏。 纵观污染土的国外研究现状，可看出【l5 】：针对污染土的研究，试用了一些新 的仪器设备，如美国l e h i g h 大学研究的一种用于危险和有毒物质渗透试验的三轴 仪，用试验模拟已经发生或将有可能发生的污染情况，研究土一污染物相互作用中 3 太原理工大学博士研究生学位论文 温度效应和时间效应，以及污染土的污染机理、污染土污染等级的划分、污染土的 治理方法等。如荷兰发展了几种野外快速试验方法( 石油探测盘、螺纹钻等) 和一 些快速提取土中污染物质的方法( 高热分解气体色谱法、固体光谱法等) 。国外近 年来关于污染土研究的一些新的进展有：美国人c v i p u l a n a n d a n ( 1 9 9 5 ) 硒】试验研究了 受石炭酸污染的水泥固化土的固结和稳定性状，并得出了随着受石炭含量增加，水 泥固化土强度降低的结论。q y m a 和w l l i n d s a y ( 1 9 9 5 ) 1 1 7 荆用化学作用来评价和 预测污染土中镉和镍的含量。美国人r a m e s hk r i s h n a n ，h a r r yw p a r k e r 和r i c h a r d w t o c k ( 1 9 9 6 ) 【1 8 】研究了通过洗土插入电极的方法来处理油、氯化烃类和重金属污染 的粉土和粘土，效果较好。 国内对污染土的研究工作，近几年在岩土工程方面有了明显的进展，而以前大 多数是有关环境保护和土壤学方面的。国内的李相然、姚志祥、曹振斌【l9 j 以济南 市典型地区的地基土为研究对象，在室内开展了水土化学作用的物理力学效应实 验，在现场对已经污染腐蚀的地基原状土样进行了物理力学性质实验。结果表明， 地基土腐蚀后其物理力学性质有显著地变化，遭受污染腐蚀的地基土和无腐蚀的地 基土相比，前者液塑限和压缩模量减小，液性指数和压缩系数增大。宁宝宽等2 0 1 2 1 】 f 2 2 】探讨了在水、不同化学溶液、不同浓度和不同p h 值条件下，一定掺量的水泥粉 质粘土的力学效应，试验表明水化学作用对水泥土的力学性质有明显的影响。黄汉 盛等1 2 3 】结合深港西部通道软土深层搅拌桩水泥土抗腐蚀性的室内试验，得出在腐蚀 地下水环境中在水泥土中增加矿渣、粉煤灰可提高水泥土的抗腐性，并提出了抗腐 性良好的水泥土配方。白晓红、赵永强等【2 4 】 2 5 1 研究得出了污染环境下化学作用对水 泥土力学性质影响的一些规律。 从2 0 世纪8 0 年代中期开始，随着环境岩土工程的发展，国际不少机构研制开 发了用于c p t 的新型传感器，进一步加强了c p t 技术在环境岩土工程领域中的应 用，促进了c p t 向多功能、多领域方向的发展，而国内c p t 技术受限于传感器等 技术的落后，在此方面基本上处于空白状态。传统的c p t 测试参数包括锥尖阻力、 侧壁摩阻力及孔压，而当把额外的传感器集成在探头中后，大大提高了其反映土性 或环境特性的能力，一般情况下附加的传感器直接安装在摩擦套管的后面，有时也 作为一个独立的模块连接于整个探头的后面。目前，已开发出的应用于c p t 环境岩 土测试的传感器如表1 1 所示【2 6 1 ，r c p t 技术的应用越来越受到重视，其它方法如 4 太原理工大学博士研究生学位论文 可视化c p t 等在岩土工程中也逐渐得到了应用。 表1 1 环境岩土工程中使用的c p t 传感器【2 6 j t a b l e1 - 1c p ts e n s o ru s e di ne n v i r o n m e n t a lg e o t e c h n i c s l 2 6 1 传感器测试参数应用情况资料来源 调查由于化学反应或生物活动 h o r s n e l l ，19 8 8 ； 温度温度改变情况造成的吸热或放热区的改变情况；m i t c h e l l ，19 8 8 ； 调查永久冻结带的深度 w o e l l e re ta 1 1 9 9 1 氧化还原电位土壤或孔隙流体监测危险性场地的生物 o l i ee ta 1 ，1 9 9 2 传感器的氧化还原电位修复情况 h o r s n e l l ，19 8 8 ； 电阻率 土层体积电阻率土壤污染范围调查，如探测酸液w e e m e e s ，19 8 9 ； ( r e s i sc p t ) 及其相对改变情况的污染，有机非水溶性液体污染等 s t r u t y n s k ye t a l ，19 91 ； w o e l l e re ta 1 19 9 1 p h 值 p h 值及随深度的变化 酸碱污染调查，监测场地修复进展 o l i ee ta 1 ，1 9 9