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化-渗耦合作用下黏土类工程屏障重金属污染物阻滞性能演变机理

批准号:
42072318
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
贺勇
依托单位:
学科分类:
工程地质学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
贺勇

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
针对重金属污染场地黏土类工程屏障长期阻滞性能评价问题,以红黏土-膨润土混合土材料为研究对象,开展元素与模型试验、理论研究和数值模拟分析,阐明化-渗耦合作用下红黏土-膨润土工程屏障重金属污染物阻滞机理。研制“土体等压变形-化学渗透-溶质迁移联合测定仪”,据以开展化学渗透、变形及污染物协同迁移等试验,揭示土体中渗透吸力梯度诱发渗流、变形与污染物迁移机理;在此基础上,开展模型试验,考察渗透吸力梯度作用下、重金属污染物在黏土类工程屏障中迁移规律及阻滞过程;借助压汞等微观测试手段,分析工程屏障阻滞性能发挥过程中孔隙结构演化规律;结合理论分析,建立化-渗耦合作用下基于黏土材料孔隙结构演化的溶质迁移耦合模型;借助数值分析方法,确定工程屏障设计厚度及运营寿命等参数,实现考虑化-渗耦合作用的黏土类工程屏障性能评估。预期成果可为我国重金属污染场地的工程屏障系统设计、施工和安全性评估提供可靠的理论依据。
英文摘要
In order to study the long-term retention performance of the clayey engineered barrier in heavy metal contaminated sites, element and model tests, theoretical and numerical analysis will be performed on the laterite-bentonite mixture to clarify its retention mechanism to heavy metal contaminants under chemo-osmosis coupling conditions. Firstly, the "soil isobaric deformation - chemo osmosis - solute migration joint measurement instrument" will be developed to conduct the experiments of chemo-osmosis, deformation and contaminant coordinated migration, aiming to reveal the coupling mechanism of seepage, deformation and contaminant migration induced by osmotic suction gradient in soil. Secondly, model tests will be carried out to investigate the migration law and retention mechanism of heavy metal contaminants in the clayey engineered barrier under osmotic suction gradient. Subsequently, the pore structure evolution of engineered barrier during the retention process will be investigated by microstructural tests such as mercury intrusion porosimetry (MIP). Finally, based on the experimental results and theoretical analysis, a solute migration coupling model in consideration of the pore structure evolution of the clayey materials under chemo-osmosis coupling conditions will be established. To further evaluate the retention performance of clayey engineered barrier considering chemo-osmosis coupling effects, numerical methods will be used to estimate the reasonable construction thickness and lifespan of the engineered barrier. The achievements of this project are expected to provide a reliable theoretical basis for the design, construction and safety assessment of engineered barrier system in heavy metal contaminated sites in China.
为了明晰重金属污染场地复杂水化环境对黏土类工程屏障长期阻滞性能的影响,利用膨润土、红黏土各自优势工程性能,以红黏土-膨润土混合土为研究对象,通过系统的室内试验、数值模拟和现场工程应用,深入研究了化-渗耦合作用下混合土工程屏障重金属污染物阻滞机理。基于室内批吸附试验,厘清了粉质黏土和红黏土-膨润土对典型重金属污染物Cr(Ⅵ)和Zn(Ⅱ)的吸附动力学特性和等温吸附特性。采用自主研制的“渗透-弥散-淋滤测试一体柱”,开展了蒸馏水、Cr(Ⅵ)溶液入渗下土样常水头和恒定污染源浓度的渗透-弥散试验,揭示了Cr(Ⅵ)在污染场地粉质黏土和红黏土-膨润土工程屏障中的迁移扩散规律,评价了红黏土-膨润土工程屏障对Cr(Ⅵ)阻滞效果。针对耦合条件下黏土变形问题,研制了耦合控制的渗透-固结试验装置,开展了加卸载和化学循环试验,揭示了全耦合条件下黏土渗透固结、化学软化等宏观变形规律。结合上述试验,利用压汞、CT等微观测试技术,揭示了耦合条件下黏土大、小孔孔径分布特征与孔隙结构演化规律。基于上述宏观变形规律和微观结构演化规律,建立了化-渗耦合作用下基于黏土材料孔隙结构演化的溶质迁移耦合模型。此外,基于数值模拟方法开展了红黏土-膨润土工程屏障Cr(Ⅵ)阻滞性能的评估。相关成果应用于2处重金属污染场地,有助于评估重金属污染场地黏土系工程屏障的长期工程性能。基于上述成果共发表学术论文32篇,授权国家发明专利3件,出版专著1部,获得中国有色金属学会科技进步奖二等奖、湖南省青年地质科技奖、湖南省环境科技进步奖等奖励。此外,申请人获湖南省杰出青年科学基金资助。
重金属污染阻控及地质环境修复
  • 批准号:
    2024JJ2070
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    贺勇
  • 依托单位:
多吸力驱动下考虑孔隙结构演化的红黏土中重金属污染物迁移机制
  • 批准号:
    42372333
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    52.00万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    贺勇
  • 依托单位:
化-渗耦合作用下黏土类工程屏障重金属污染物阻滞性能演变机理
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    61万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    贺勇
  • 依托单位:
膨润土系工程屏障对重金属污染物阻滞机理及生态修复技术
  • 批准号:
    2019JJ50763
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    贺勇
  • 依托单位:
国内基金
海外基金