[发明专利]一种污染物作用下土质防渗工程屏障渗透系数的确定方法

说明书

本发明公开了一种污染物作用下土质防渗工程屏障渗透系数的确定方法，包括如下步骤：测定土质防渗工程屏障各组成材料的液限、比重、颗粒级配、黏粒含量，获取污染及未污染膨润土的液限比、膨胀指数比；制备获取饱和状态下污染及未污染的土质防渗工程屏障试样，测定该试样污染及未污染状态下的含水率、比重、电阻率比、液限；获取污染状态下该试样的孔隙比、孔隙比特征参数；通过室内渗透试验，建立饱和状态下该试样的渗透系数计算曲线；根据屏障受力状态和实际污染条件，通过计算曲线确定土质防渗工程屏障的渗透系数；本发明可用于污染场地中土质防渗工程屏障的设计、质量控制及防渗效果评估。

技术领域

本发明属于岩土工程中污染场地风险阻控技术领域，具体来说，涉及一种污染物作用下饱和状态土质防渗工程屏障材料渗透系数的确定方法，主要用来确定污染场地内土质防渗工程屏障的渗透性能。

背景技术

根据《污染地块地下水修复和风险管控技术导则》(HJ 25.6-2019)，渗透性能是土质防渗工程屏障等风险阻控技术的风险管控效果评估检测指标。此外，渗透性能评价是土质防渗工程屏障材料的配合比设计、施工质量控制及工后监测的关键程序。针对污染地块风险阻控及固体废弃物填埋处置，要求原位土-膨润土垂直防渗屏障、压实土-膨润土衬垫的渗透系数小于等于10^-9m/s；要求膨润土防水毯的渗透系数小于等于5×10^-11m/s。

根据目前认识及应用情况，污染物作用下土质防渗工程屏障的平均渗透系数将产生显著地突变：主要原因包括且不局限于：(1)屏障中主体功能材料膨润土受污染物作用导致微观结构、黏土矿物成分的变异；(2)污染物作用下膨润土中改性材料降解；(3)沿江沿海等具有较高水力联系的水文地质条件下，土质防渗工程屏障出现局部水力机械侵蚀；(4)污染物入渗过程中改变土质防渗工程屏障材料中孔隙液的电阻率、介电常数、粘度等物理及化学性质。此外，由于污染地块中污染空间分布离散性和场地地质条件复杂性，将导致土质防渗工程屏障局部点位的长期渗透系数与整体渗透系数存在明显的差异。

基于物理性质指标的渗透系数确定方法是评价天然土体渗透系数的重要技术手段，较标准渗透试验极具高效的优势。现阶段的技术水平已经能够合理地确定未污染的土质防渗工程屏障、天然土体等岩土工程材料的渗透系数。针对砂性土，涉及的基本物理性质指标主要包括材料的特征粒径、比表面积、孔隙比等；针对粘性土，涉及的基本物理性质指标则可包括界限含水率、孔隙比等。然而，现有的未污染状态下岩土工程材料的渗透系数确定方法均难以适用于污染物作用下土质防渗工程屏障材料渗透系数评价。其原因可主要包括以下三方面原因：其一，由于污染物作用导致渗透系数突变；其突变程度取决于污染物种类、污染程度。通常，由于可溶性有机污染物、重金属污染物作用，土质防渗工程屏障材料的渗透系数增幅可达数百倍；难溶有机污染物作用下，土质防渗工程屏障材料的渗透系数突变程度则与场地地下水流速等水文地质条件有关，尚不能一概而论。其二，由于污染物作用导致压缩性能突变，导致实际应力状态下土质防渗工程屏障材料的孔隙比与设计阶段取值存在差异。其三，污染物与土质防渗工程屏障材料相互作用的机理尚未完全明确，各种污染物作用下能够表征土质防渗工程屏障材料渗透系数突变规律的物理性质指标不一致，使得难以建立统一的渗透系数确定方法。

此外，通过现有标准实验方法测定污染物作用下土质防渗工程屏障渗透系数的实验周期长，通常需要数周至数月。另一方面，土质防渗工程屏障材料的配合比设计、施工质量控制与评价及工后防渗效果评估均涉及大批量的渗透系数测试工作。例如，为评价土质防渗工程屏障的完整性，要求沿屏障走线方向和深度方向的连续取样；取样检测频率要求高于常规地基处理和止水帷幕工程。因此，迫切需求提出适用于各类污染物作用下具有普遍适用价值的土质防渗工程屏障渗透系数的确定方法，确保能够准确、高效地为设计、施工及效果评估提供充足的数据支撑。

发明内容