[發(fā)明專利]一種懸掛式垂直隔離屏障設(shè)計(jì)深度的計(jì)算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710887471.2
• 申請(qǐng)日: 2017-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN107784160A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許麗萍;李韜;王蓉;郭星宇;沈超;沈婷婷;吳育林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司;上海上勘環(huán)境工程有限公司
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 上海申蒙商標(biāo)專利代理有限公司31214
• 代理人: 黃明凱,徐小蓉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種懸掛式垂直隔離屏障設(shè)計(jì)深度的計(jì)算方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展極大地推進(jìn)了人類文明發(fā)展的進(jìn)程，使人們在享受工業(yè)文明創(chuàng)造的豐碩果實(shí)的同時(shí)，也遭受了隨之而來的環(huán)境污染危害。隨著工業(yè)和城市污染的加劇及農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)種類、數(shù)量的增加，土壤中的污染日益嚴(yán)重。由于成本、工期及治理效果方面的優(yōu)勢，隔離封閉法越來越多地應(yīng)用在污染場地的修復(fù)治理中。隔離封閉技術(shù)主要是利用工程措施將污染物封存在原地，切斷暴露途徑，限制污染物遷移，降低或消除污染物的暴露風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)受體安全。

在臨時(shí)性污染阻隔系統(tǒng)或者相對(duì)隔水層較深的情況下，懸掛式垂直隔離屏障往往成為隔離封閉技術(shù)的重要組成部分之一，一般利用攪拌器械將固化劑（水泥，石灰等材料）噴入軟弱土層深部，在水的作用下，固化劑與土體之間發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，形成完整的低滲透性防滲墻。

當(dāng)污染物隨水流通過垂直隔離屏障中時(shí)，由于機(jī)械阻留、離子吸附和交換、化學(xué)反應(yīng)等作用，污染物將被減速、滯留在垂直隔離屏障中，使地下水中污染物濃度發(fā)生變化。懸掛式垂直隔離屏障意味著垂直隔離屏障未插入相對(duì)隔水層，隔離屏障內(nèi)的污染物可能會(huì)滲入更深的地層并繞過垂直隔離屏障向外擴(kuò)散。

工程實(shí)踐中，垂直隔離屏障的設(shè)計(jì)最關(guān)鍵之處在于垂直隔離屏障設(shè)計(jì)厚度及設(shè)計(jì)深度的確定，對(duì)于懸掛式垂直隔離屏障而言，由于土層的滲透系數(shù)及擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)大于垂直隔離屏障本身，故設(shè)計(jì)深度的確定顯得更加重要。

然而，由于相關(guān)技術(shù)研究落后國外發(fā)展數(shù)十年，目前國內(nèi)尚無成熟的垂直屏障設(shè)計(jì)方法及技術(shù)，主要是借鑒水利工程的經(jīng)驗(yàn)公式，即以允許水力梯度作為控制條件，將安全系數(shù)考慮在允許水力梯度中。在實(shí)際工程中，該設(shè)計(jì)方法可能使得結(jié)果偏于不安全，因此有必要提出適用于污染物遷移機(jī)理的隔離屏障設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種懸掛式垂直隔離屏障設(shè)計(jì)深度的計(jì)算方法，該計(jì)算方法通過給定懸掛式垂直隔離屏障的設(shè)計(jì)服役期以及擊穿標(biāo)準(zhǔn)，從而可計(jì)算出懸掛式垂直隔離屏障的設(shè)計(jì)深度數(shù)值。

本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成：

一種懸掛式垂直隔離屏障設(shè)計(jì)深度的計(jì)算方法，所述懸掛式垂直隔離屏障底部與相對(duì)隔水層具有一定間距，其特征在于所述計(jì)算方法包括以下步驟：

（1）確定所述懸掛式垂直隔離屏障的設(shè)計(jì)服役期T以及擊穿標(biāo)準(zhǔn)Cs，所述擊穿標(biāo)準(zhǔn)是指所述懸掛式垂直隔離屏障的底部或外側(cè)壁的污染物濃度閾值；

（2）根據(jù)污染物位置至所述懸掛式垂直隔離屏障底部間土層的特性，確定所述土層的等效滲透系數(shù)K和等效水動(dòng)力彌散系數(shù)D；

（3）按照所述擊穿標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)計(jì)算公式 C=0.5C₀erfc(Y) 計(jì)算中間量Y值，其中：

C=Cs；

C為所述懸掛式垂直隔離屏障底部或外側(cè)壁的污染物濃度，單位為mol/L；

Cs為所述懸掛式垂直隔離屏障底部或外側(cè)壁的擊穿標(biāo)準(zhǔn)，單位為mol/L；

C₀為所述懸掛式垂直隔離屏障開始服役時(shí)污染物的最大深度B₀處，污染土體孔隙中液相的污染物濃度，單位為mol/L；

erfc為余誤差函數(shù)，erfc(Y)=1-erf(Y)，；

（4）結(jié)合所述擊穿標(biāo)準(zhǔn)，通過計(jì)算公式計(jì)算所述懸掛式垂直隔離屏障在土體中的設(shè)計(jì)深度B，其中：

D為最大污染深度B₀與所述懸掛式垂直隔離屏障設(shè)計(jì)深度B之間土體的等效水動(dòng)力彌散系數(shù)，單位為㎡/s；

T為所述懸掛式垂直隔離屏障的設(shè)計(jì)服役期，單位為年；

v_z為平行于所述懸掛式垂直隔離屏障方向的滲流速度，單位為/s；

B₀為污染物的最大深度，單位為m。

平行于所述懸掛式垂直隔離屏障方向的滲流速度v_z的計(jì)算公式為：

其中：

K為污染物的最大深度B₀與所述懸掛式垂直隔離屏障設(shè)計(jì)深度B之間土體的等效滲透系數(shù)；

n_e為土體的有效孔隙度；

i為土體內(nèi)的水力梯度。

所述擊穿標(biāo)準(zhǔn)為所述懸掛式垂直隔離屏障的底部或外側(cè)壁的污染物濃度閾值達(dá)到污染物初始濃度值的10%。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：懸掛式垂直隔離屏障的設(shè)計(jì)深度計(jì)算方法簡便快速，通過確定其設(shè)計(jì)服役期以及擊穿標(biāo)準(zhǔn)，即可計(jì)算所對(duì)應(yīng)的隔離屏障設(shè)計(jì)深度，且計(jì)算結(jié)果精確。