[发明专利]模拟污染物在竖向阻隔墙内运移的超重力模型试验方法

说明书

本发明公开了一种模拟污染物在土‑膨润土竖向阻隔墙内运移的超重力模型试验装置，包括模型箱系统，渗滤液收集系统，固结补料及监测系统。本发明还公开了一种模拟污染物在土‑膨润土竖向阻隔墙内运移的超重力模型试验装置试验方法。本发明可以实现土‑膨润土竖向阻隔墙超重力模型在100g高g值环境下拥有和模型箱壁优异的密水性，以及与实际工程一致的应力状态。本发明可以模拟多种水头差下污染物在土‑膨润土竖向阻隔墙内的运移情况，从而获得污染物击穿屏障行为及长效阻控机制。

技术领域

本发明属于岩土工程试验领域，具体涉及一种模拟污染物在土-膨润土竖向阻隔墙内运移的超重力模型试验装置及方法。

背景技术

土-膨润土竖向阻隔墙是一种用于污染场地阻隔封存污染物的防污屏障，其墙体材料主要由回填基土、干膨润土、膨润土泥浆组成，其中墙体膨润土的掺量主要与回填基土与膨润土的种类有关，大概在5％-15％之间，实际工程具体掺量以墙体渗透系数低于10^-9m/s确定。土-膨润土竖向阻隔墙的施工步骤主要有：开挖成槽、膨润土泥浆护壁、回填料均匀拌和、回填等部分。墙体厚度是土-膨润土竖向阻隔墙的主要设计参数。工程实际中考虑开槽机器的尺寸，一般为 0.6m-1.5m。当垂直阻隔墙两侧水头差较大时，墙体厚度应适当增加。土膨润土竖向阻隔墙按是否插入弱透水层(渗透系数小于10^-10m/s的天然土层)可分为嵌固式和悬挂式，分别用于污染物埋藏较深和较浅的情况。土-膨润土竖向阻隔墙的建设深度已经在美国达到了60m。

土-膨润土竖向阻隔墙由于其施工简便、成本低廉、场地适应性强、防渗能力强的特点，在20世纪80年代,逐渐被美国应用于垃圾填埋场防渗工程和地下水污染的控制工程，到目前为止其在竖向隔离项目中的使用率已经超过80％，但针对防控污染场地渗滤液阻隔材料长期服役性能研究十分有限。目前我国竖向屏障仍多采用水泥系(塑混凝土或水泥土)注浆帷幕，其渗透系数偏高，完整性较差，防污阻隔效果不够理想，而土-膨润土竖向阻隔墙技术的开发应用才刚刚起步。

污染物在土-膨润土竖向阻隔墙中运移速度慢，设计击穿时间达30年以上。普通的常重力试验无法进行如此长历时的模拟。离心机具有缩时缩尺效应，加速度为ng条件下，原型尺寸L_p对应模型尺寸L_m＝L_p/n，原型时间t_p对应模型时间 t_m＝t_p/n²，如100g重力加速度下，1d试验时间相当于原型27.4a。所以离心机模拟土-膨润土竖向阻隔墙中污染物运移具有很大优势。

然而国内外在离心机中进行土膨润土竖向阻隔墙污染物迁移试验的极少，其原因有：(1)土膨润土竖向阻隔墙制模工艺必须和实际工程相似，保证其所受应力与原位一致；(2)土膨润土竖向阻隔墙与侧壁的连接处，极易发生泄漏，导致试验失败；(3)由于离心机的缩尺效应，一般方法难以制备极薄、上下厚度均匀、垂直度高的土膨润土竖向阻隔墙；(4)土膨润土竖向阻隔墙在离心机中固结时沉降极大，需及时补充。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种模拟污染物在土- 膨润土竖向阻隔墙内运移的超重力模型试验装置及方法。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种模拟污染物在土-膨润土竖向阻隔墙内运移的超重力模型试验装置，包括模型箱系统，渗滤液收集系统，固结补料及监测系统；

所述模型箱系统包括模型箱，模型箱包括上游区域、填土区域与下游区域，上游区域、填土区域与下游区域依次被隔断物隔开，所述上游区域被配置为能够存储第一溶液，所述填土区域被配置为能够用于设置土-膨润土竖向阻隔墙；所述下游区域被配置为能够存储第二溶液；所述隔断物为多孔挡板，能够允许溶液通过挡板，实现上游区域与填土区域的连通，填土区域与下游区域的连通；

上游区域侧面设有进水孔与第一排水孔，下游区域侧面设有溢水孔与第二排水孔，用于常水头保持和各水头差控制；