[發明專利]受污染土體飽和與非飽和強度測定裝置及方法

有效

• 申請號: 202010326314.6
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111504793B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 賀勇;蔣文強;張可能;李建中;陳科平;張闖;朱考飛
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 羅莎

本發明提供了一種受污染土體飽和與非飽和強度測定裝置，包括試樣柱、氣相吸力控制模塊、膜吸力控制模塊和加載模塊，試樣柱中設置試樣土體，兩端分別設置有一透水石，試樣柱設置在一支撐結構上，通過支撐結構夾緊固定，氣相吸力控制模塊通過氣相法控制試樣土體的吸力，膜吸力控制模塊通過半透膜控制試樣土體的吸力，加載模塊能向試樣柱加載壓力。本發明實現了實際污染場地的高度還原、吸力的有效控制及受污染土體飽和/非飽和強度參數及形變特征變化規律全過程的測定和記錄，在工業污染場地中污染土體強度試驗研究中具有較大的應用價值。

技術領域

本發明涉及地質工程及巖土工程技術領域，特別涉及一種基于受污染土體的飽和/非飽和強度參數測定裝置以及測定方法。

背景技術

近年來，隨著我國城市建設的擴張及產業布局的調整，城市中心區高污染、高能耗企業，例如機械制造、化工冶煉、有色開采等都實施了企業搬遷，由于這些企業設備陳舊、工業排放技術不完善，導致大量重金屬等污染物進入了地下水土，嚴重影響了周邊生態環境，對人類身體健康及社會可持續發展構成了嚴重的威脅。因此，如何對重金屬污染土體進行經濟高效地處理和控制是亟待解決的環境問題，也是當前社會各界所關注的熱點。

土體受重金屬污染后不僅影響環境安全和人民身體健康，且其理化、工程特性也會隨之發生變化，被重金屬污染后土體的孔隙比和壓縮性增大，且出現表面粗糙、裂隙面擴延、局部空穴等現象，土體強度降低、承載力下降等問題。目前，由于研究手段的限制，關于受污染土體強度特性的研究僅局限于飽和土體，對于非飽和土體有關的強度性質，常借助傳統土力學的有效應力原理進行研究。然而，隨著研究的逐漸深入，許多學者發現對于污染土體，這種簡化將造成理論研究的缺陷與失誤。例如，實際工程中，由于吸力對重金屬污染土的強度與變形性能影響明顯，在重金屬污染土的處理設計中，如果單純按照污染土的某一狀態進行強度設計，則有可能將強度參數估計過高，增加處置物的安全風險；過低又將造成處置材料的浪費。由此可見，及時準確地測量和控制基質吸力隨外界環境條件的變化對于判別非飽和污染土體的工程、力學狀態，以及研究非飽和污染土體的滲流、吸附等特性也具有極其重要的理論意義。重金屬污染場地處理處置過程中，強度特性是重金屬污染土體資源化處理利用的主要參數之一，同時也與重金屬擴散與溶出特性密切相關，是評價污染土體環境安全特性的關鍵參數之一。但現有技術中，對探索實際污染場地中飽和土體和非飽和土體的強度參數仍十分困難。為深入剖析污染場地中飽和/非飽和土體的強度參數，完善重金屬污染的治理系統，需更加依賴室內試驗所獲得的強度特征參數，用以描述污染土體力學特性隨重金屬污染物在時空上的變化規律。在實際污染場地中，及時獲取污染土體的強度參數變化規律，可以客觀反應污染區域土體對污染物的吸附容量和阻滯能力，呈現受污染土體的力學特性變化規律。

目前，針對受污染土體強度參數的研究常聚焦于單一環境條件下飽和土體強度參數方面的研究。總體來講，當前的研究仍存在以下問題：

試驗因素的復雜性方面。實際工程環境中，污染土體所處的工況極為復雜，往往受到諸如水壓、土壓及化學溶液等因素耦合條件下的共同影響。單一因素控制條件下的室內試驗除了不能及時反映實際情況外還不利于準確獲取污染土體力學性能相關參數，嚴重阻礙了污染土體修復治理的研究。

試驗環境的真實性(模擬)方面。常規的污染土體強度試驗無法實時反應土體強度變化的全過程，并且不能記錄土體與外力相互作用時力學特性、變形特性的參數演化規律。

試驗中污染土飽和/非飽和強度參數的測定。實際污染場地中，飽和度對土體強度性能和變形參數有較大影響，且污染場地中非飽和土廣泛分布。若想進一步探索污染土治理研究，則需準確獲得飽和/非飽和土體的力學參數。但針對實際場地中污染土強度與變形參數的研究卻較為少見，傳統的測試方法更是難于實現。

試驗中吸力的控制。實際工程環境中，吸力是決定非飽和土體特性的重要參數之一，它的變化直接影響非飽和土體的抗壓強度、抗剪強度及形變特征等力學參數。常規吸力控制系統無法全面考慮土體吸力控制范圍，且量測土體吸力時所需周期較長。