陳 勇 趙 云

（1重慶交通大學(xué)， 重慶 400060；2江西理工大學(xué)， 江西 贛州 341000）

我國的工業(yè)化水平快速發(fā)展，同時生活水平的提升，導(dǎo)致土體中重金屬污染的情況日益嚴重。重金屬離子隨著滲濾液進入到土體中相互反應(yīng)，改變了土體的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成。目前工程建設(shè)中對重金屬污染并不注重，對其處理方法不合理[1]從而導(dǎo)致一系列工程問題。

關(guān)于重金屬的污染研究，歐美等發(fā)達國家開始的比較早。Ladd 等發(fā)現(xiàn)重金屬不會對土體的工性產(chǎn)生較大的影響[2]。在我國，對于重金屬污染土的工程性質(zhì)及地基處理技術(shù)研究起步較晚。夏磊[3]選取Pb2+、Cr3+、Zn2+和合肥地區(qū)黏土為研究對象，揭示了重金屬污染土工性變化機理以及建立基于電阻率的重金屬污染土工程性質(zhì)的評價方法。

本文通過實驗室內(nèi)制備多種濃度的Fe3+污染液，對原狀土進行浸泡實驗，進而分析重金屬污染土的物理力學(xué)性狀的變化，并用掃描電鏡分析微觀的變化，對于更好處理重金屬污染土提供一定的理論支持。

1 污染土實驗

1.1 土樣的選取

試驗用土取自浙江寧波鄞州區(qū)貴駟老鎮(zhèn)，為寧波所特有的淤泥質(zhì)黏土。原狀土樣為灰色，流塑，厚層狀，韌性及干強度高，取樣深度為 6-8米，根據(jù) GB/T 50123-1999土工試驗方法測得原狀土的物理指標如表1所示。

表1 原狀土的的基本物理力學(xué)指標

1.2 實驗思路與方法

重金屬污染土含量影響最大為 Fe3+,董少剛[4]和張蓮華[5]對生活垃圾淋濾液研究，發(fā)現(xiàn)成分中Fe3+的含量也較大，故選擇F3+為實驗浸泡溶液。原狀土與不同濃度的Fe3+溶液反應(yīng)，通過各類物理力學(xué)實驗以及微觀試驗，研究土樣受污染后的工程性質(zhì)的變化。

具體實驗方案及步驟：用30cm×2cm規(guī)格的環(huán)刀切取原狀樣土制成試樣后，兩端貼上濾紙，用透水石蓋住，然后用棉線綁緊，把土樣置于濃度為 2%、4%、8%的FeCl3溶液中，在常溫常壓中靜置浸泡7天。

2 重金屬污染土的物理力學(xué)性質(zhì)的分析

2.1 物理性質(zhì)分析

2.1.1 試樣浸泡前后外觀變化

試樣在FeCl3溶液浸泡前后外觀發(fā)生了明顯的變化，F(xiàn)eCl3溶液浸泡前試塊呈灰黑色，表面平整，有一定光澤；浸泡后土樣表面呈現(xiàn)紅褐色，表面有一定的凹凸不平整的紅褐色斑塊，可觀察到污染土樣土體部分略高于環(huán)刀高度。輕按可感覺到土體硬化，但濃度增大到8%后硬度有降低的趨勢。

2.1.2 試樣浸泡前后物理性質(zhì)比較分析

1）含水量與質(zhì)量的變化

隨著濃度的增大，含水量逐漸降低，從浸泡在清水溶液中的0.53降低到了0.46，呈現(xiàn)線性關(guān)系。稱量土樣的重量發(fā)現(xiàn)，隨著污染液濃度的增加質(zhì)量也隨之增加，濃度越高質(zhì)量增加越大。

2）液塑限的變化

工程實踐中，液塑限是決定土性質(zhì)的兩個重要的界限含水量，不同的液塑限反應(yīng)了土的粒度成分和礦物成分。本文通過液、塑限聯(lián)合測定儀得到受污染土樣的液、塑限以及塑性指數(shù)的變化。從中可知，隨著污染液濃度的增加，液限從清水浸泡的37.8%到增長到41%，塑限從22.1%增長到24%。由于液限指數(shù)增加幅度大于塑限，所以塑性指數(shù)也隨著濃度的增大而增大。這樣就可能在工程考察中造成誤判，沒有相應(yīng)的處理措施導(dǎo)致工程開展不順利。

3）比重

土粒比重的大小決定于礦物成分及有機質(zhì)含量[6]，是這些含量綜合影響的結(jié)果。利用比中瓶法，測得隨著Fe3+濃度的增加，其土粒比重不斷增加。實驗中比重的改變，是隨著有機質(zhì)含量減小不斷增大的，與黏土礦物影響關(guān)系不大。

2.2 試樣浸泡前后力學(xué)性質(zhì)比較分析

2.2.1 抗剪強度

直接快剪是工程中最常規(guī)的室內(nèi)測試土的強度的試驗項目，由于原狀土為淤泥質(zhì)黏土，滲透系數(shù)在10-6cm/s以下，可以采用快剪試驗。

通過試驗發(fā)現(xiàn)，抗剪強度變化不明顯。浸泡在2%和4%的污染液中，抗剪強度有穩(wěn)步上升的趨勢，但幅度不大，8%污染液浸泡土樣的強度反而有下降趨勢。分析其原因，土樣和Fe3+發(fā)生反應(yīng)，生成新的固結(jié)物，加強其抗剪強度，而8%濃度時，污染液對剪切面的腐蝕程度過大，抗剪強度反而降低了。

2.2.2 壓縮系數(shù)與壓縮模量

隨著 F3+濃度的增大，土的壓縮系數(shù)呈現(xiàn)先減小，但在 8%濃度時壓縮系數(shù)反而增大，而壓縮模量隨著濃度的增加先上升后減小?？傮w規(guī)律性和抗剪強度相同，預(yù)測的原因也與其相同。

3 微觀結(jié)構(gòu)分析

土體物理力學(xué)性質(zhì)變化的根本原因是微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)的變化，微觀結(jié)構(gòu)變化對宏觀物理力學(xué)的影響至關(guān)重要。

對比掃描后的圖片可知，未受污染的黏土土體表面光滑，孔隙不大，多為片狀或疊片狀顆粒，堆疊較為緊密，以面一面接觸為主。但在污染液濃度增加的過程中，土體中有大孔隙與塊狀顆粒的結(jié)構(gòu)形成，骨架顆粒變得松散，同時土體結(jié)構(gòu)由平面細小結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為塊狀疊聚結(jié)構(gòu)。

土顆粒與重金屬離子接觸后發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，重金屬離子的存在使土粒間的膠結(jié)物被溶蝕，從而使土體本身孔隙增大，形成較大的空洞。且重金屬離子與土顆粒發(fā)生相關(guān)化學(xué)反應(yīng)，其生成物中有結(jié)晶水，使土體發(fā)生膨脹。土體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，小孔隙逐漸消失，形成一些大的團粒間孔隙[9]。

3 結(jié)束語

綜合上述的實驗結(jié)果，可以得到相關(guān)信息：

1、土樣在Fe3+溶液中浸泡后有微膨脹的現(xiàn)象，土體表面微硬化，但隨著濃度的增加硬化程度降低?？辜魪姸扰c壓縮模量也是隨著濃度的增加先增大后減小，壓縮系數(shù)與之相反。

2、隨著污染液濃度的增長，土的含水量先變低，但液塑限指數(shù)與比重隨著溶液濃度的增長而增長。

3、通過微觀試驗可知，隨著溶液濃度的升高，土樣變?yōu)橛纱罂紫杜c塊狀顆粒的結(jié)構(gòu)組成，形成較大的空洞，并且出現(xiàn)一些大的團粒間孔隙，土體結(jié)構(gòu)由平面細小結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為塊狀疊聚結(jié)構(gòu)。

[1]張學(xué)言,閆澍旺.巖土塑性力學(xué)基礎(chǔ)[M].天津:天津大學(xué)出版社,2006．

[2]Ladd,C.C,Martin,R.T.The Effectsof Pore Fluidon the Un-traind Strength of Kaolin[A].Reportto the U.S Army Corps of Engineers from the Department of Civil Engineering.Massachusetts,1967.

[3]夏磊.重金屬污染土的工程性質(zhì)試驗研究[D].重慶:重慶交通大學(xué),2014.

[4]董少剛.嘉興垃圾填埋場滲濾液的土柱淋濾實驗研究[J].工程勘察,2010,7,42-45.

[5]張蓮華.城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場填土層工程特性及凈化機理研究[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護,1999,10,129-143.

[6]劉漢龍.酸堿污染土基本物理性質(zhì)的室內(nèi)測試研究[J].巖土工程學(xué)報,2008,30(8)，1213-1217.