本文以国家重大专项重点研发计划子课题（2018YFC1803100,2018YFC1802300）、国家自然科学项目（41877248）和江苏省重点研发计划（BE2017715）为课题依托,以土-聚阴离子纤维素、黄原胶改良膨润土系竖向屏障材料（亦称作隔离墙材料或回填料）为研究对象,以揭示其工程特性和改良机理为研究目标,通过一系列室内试验和理论分析计算,对两种改良回填料的基本物理性质、工程特性、化学相容性、阻滞性能和微观机理等方面进行了研究。主要研究成果如下:（1）通过研究CaCl₂溶液作用的5种改良膨润土的工程特性,筛选了2种聚合物——聚阴离子纤维素和黄原胶作为改良材料。考察了聚阴离子纤维素和黄原胶改良膨润土的基本特性及其浆液和易性,2种改良材料均可提高改良膨润土的膨胀特性、液限,降低其比重。相同试验条件下,与未改良膨润土滤饼相比,改良膨润土滤饼的渗透系数低1个数量级,且渗透系数数值随聚合物掺量的增大而降低。相同试验条件下,聚合物掺量越高,聚阴离子纤维素和黄原胶改良屏障材料的压缩性较大、渗透系数越低。（2）研究了重金属铅作用下改良屏障材料的化学相容性。基于一系列的室内试验,研究了污染液作用下,改良膨润土的基本物理性质、滤饼渗透特性、屏障材料的渗透特性及压缩特性等。与CaCl₂溶液相比,Pb（NO₃）₂浓度变化对改良膨润土滤饼渗透系数影响显著。与未改良屏障材料相比,改良屏障材料的液限较高、比重较低;重金属Pb污染后,三种屏障材料的液限降低、比重增大。在0⁵00 mmol/L的Pb（NO₃）₂浓度范围内,聚合物掺量≥0.6%时,改良回填料（砂:膨润土:聚合物的干质量比为89.4:10:0.6）可满足防渗要求(≤10^-9 m/s)。相同试验条件下,与未改良屏障材料相比,改良屏障材料的渗透系数低1个数量级,且受Pb（NO₃）₂浓度影响较小,渗透系数低于10^-9 m/s,污染前后的增长幅度（k_c/k_w）低于10倍。在50 mmol/L的Pb（NO₃）₂溶液作用下,采用烘干研磨法制备的改良屏障材料均发生聚合物洗脱现象,渗透系数显著增大。一维固结压缩试验表明,试样即受到重金属铅污染的浓度越大,聚阴离子纤维素和黄原胶改良屏障材料的初始孔隙比和压缩指数越低:污染前C_C均为0.19,500 mmol/L的Pb污染后,两种屏障材料的C_C分别为0.12和0.14。（3）通过扫描电镜及能谱分析、X射线衍射分析、傅里叶变换红外光谱分析、Zeta电位等分析,查明了聚合物对膨润土及回填料的改良作用微观控制机制。聚合物对膨润土的改良机理包括:聚合物凝胶对膨润土团聚体间的填充和粘结作用;聚合物中羧基（COO-）、羟基（-OH）等官能团对重金属铅的螯合吸附作用;阴离子型聚合物与带负电的膨润土颗粒之间,通过Ca²⁺和Pb²⁺等阳离子架桥结合作用;减小膨润土团聚体的粒径,增大了比表面积,增大了电负势增加,进而提高吸附性能;聚合物对屏障材料的改良作用为改良膨润土对砂颗粒的包裹、孔隙填充和颗粒间粘结作用。（4）通过系列Batch吸附试验,研究了聚阴离子纤维素和黄原胶改良屏障材料对铅、锌重金属污染物的吸附性能。吸附平衡状态下,屏障材料对Pb的去除率随污染液初始浓度增大而降低;同条件下,与未改良屏障材料相比,两种改良屏障材料对Pb的去除率较高;等温吸附模型拟合结果显示,无论在单一污染或复合污染环境中,两种改良屏障材料试样的最大吸附量q_m均高于未改良屏障材料的q_m。根据Freundlich模型,得到三种试样的N值均小于1,表明材料对Pb（II）亲和力较强,具有较好的吸附能力。D-R模型所得材料的平均吸附自由能（E）均在8.0 kJ/mol<|E|<16.0 kJ/mol范围内;表明三种材料对Pb的吸附机理主要为离子交换吸附。三种回填料对Zn的等温吸附模型亦得到了相似的结论。（5）通过土柱化学渗透试验和理论分析计算,研究了改良屏障材料阻滞重金属Pb和Zn运移的性能。随Pb（NO₃）₂污染液浓度增大,三种屏障材料阻滞Pb和Zn的化学渗透膜效率系数ω、阻滞因子R_d均减小,有效扩散系数D^*均增大。相同试验条件下,与未改良屏障材料相比,两种改良屏障材料的化学渗透膜效率系数ω、阻滞因子R_d较大,有效扩散系数D^*较小。累积质量比法和相对浓度法拟合结果均较显著,拟合度R²均大于0.80;但相比之下,累积质量比法所得拟合结果较相对浓度比法更优。土柱化学渗透试验所得的阻滞因子（R_d-土柱试验）大于柔性壁CMR法拟合所得的阻滞因子（R_d-累积质量比法）。