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随着城市的快速发展,产生的垃圾越来越多。由此导致填埋场的容量过大、垃圾成分太复杂等问题孕育而生,同时也对压实粘土垫层的力学特性及阻滞能力提出了新的要求。本文提出污泥灰、粉煤灰两种对环境安全及人身健康有严重危害的固体废弃物来改良压实粘土垫层。通过三轴压缩、等温吸附、土柱、低温氮吸附试验及理论分析等手段对污泥灰、粉煤灰改良压实粘土垫层的基本力学特性、防渗阻污能力及微观孔隙分布特征等方面进行了研究,得到以下成果。1.粉煤灰、污泥灰掺入对压实粘土垫层的应力破坏点、刚度、初始切线模量、极限偏应力等力学特性影响较大。试样的应力破坏点、刚度、初始切线模量、极限偏应力等力学特性随着粉煤灰掺入量的增加而降低。当粉煤灰掺入量达到7%时,在50kPa、 150kPa的围压下,应力破坏点分别降低36.07%、31.45%、20%；刚度分别降低36.18%、18.83%、30.22%；初始切线模量分别降低86.26%、102.58%、10.76%；极限偏应力分别降低10.96%、29.97%、30.91%。试样的应力破坏点、刚度、初始切线模量、极限偏应力等力学特性随着污泥灰掺入量的增加而增加。当污泥灰掺入量达到7%时,在50kPa、100kPa、150kPa的围压下,应力破坏点分别增加12.29%、17.82%、27.11%,刚度分别增加69.23%、84.61%、60%,初始切线模量分别增加19.29%、34.19%、56.11%,极限偏应力分别增加99.01%、66.22%、63.54%。对于污泥灰、粉煤灰共同改良压实粘土垫层,粉煤灰掺入减小的力学特性可以通过掺加污泥灰进行改善。2.改良压实粘土垫层对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)四种重金属的吸附可以用Langmuir等温吸附模型来描述,且吸附能力都有显著的提高。同时发现Langmuir吸附参数影响的一个重要因素是固液比。为了找到符合垃圾填埋场压实粘土垫层实际情况的吸附参数,首次提出临界固液比的概念,此时的吸附参数随固液比的变化可以忽略不计,以临界固液比下的吸附参数作为垃圾填埋场压实粘土垫层的实际吸附参数。3.通过数值软件对土柱试验数据结果进行了反演,得出了Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、 Ni(Ⅱ)四种重金属离子在土柱中的弥散系数。Pb(Ⅱ)离子在不同土柱中的弥散系数在2.1×10-10～5.7x10-10 cm2/s之间,Cd(Ⅱ)离子在不同土柱中的弥散系数在2.7×10-10～7.1×10-10 cm2/s之间,Cu(Ⅱ)离子在不同土柱中的弥散系数在2.4×10-10～6.9×10-10cm2/s之间,Ni(Ⅱ)离子在不同土柱中的弥散系数在3.1×10-10～9.6×10-10cm2/S之间。粉煤灰的掺入量从3%变化到7%,与无掺加的压实粘土垫层相比较,Pb(Ⅱ)的弥散系数分别降低8.57%、17.14%、40%；Cd(Ⅱ)的弥散系数分别降低10.53%、15.79%、28.95%；Cu(Ⅱ)的弥散系数分别降低21.43%、26.19%、42.86%；Ni(Ⅱ)的弥散系数分别降低21.28%、23.4%、34.04%。污泥灰的掺入量从5%增加到7%,无掺加的压实粘土垫层相比较,Pb(Ⅱ)的弥散系数分别增加25.71%、62.86%；Cd(Ⅱ)的弥散系数分别增加68.42%、86.84%；Cu(Ⅱ)的弥散系数分别增加57.14%、64.29%；Ni(Ⅱ)的弥散系数分别增加53.19%、104.26%。污泥灰、粉煤灰共同改良时,如掺入3%污泥灰和7%粉煤灰时,弥散系数减少Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)弥散系数分别降低22.85%、21.05%、30.95%、29.79%。但污泥灰的掺入量增加到5%时,也就是掺入5%污泥灰和7%粉煤灰时,Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)弥散系数分别增加20%、36.84%、16.67%、19.15%。由此可见,可以用污泥灰和粉煤灰共同来改良粘土衬里,但污泥灰的掺量不能超过5%。如果超过5%,对粘土衬里阻污性能是不利的。4.压实粘土垫层的单层吸附面积及比表面积随污泥灰、粉煤灰掺入量的增加而增加。不同试样孔径分布特征曲线中的微分曲线呈“双峰型”与粘土微分曲线基本分布形式一致。吸附脱附曲线的积分曲线的形状呈“S”和“抛物线”两种形式。不同的积分曲线的曲线斜率变化规律也不一致。根据这个原理将曲线划分为孔径宽度发育区、孔径宽度次发育区、孔径宽度不发育区。掺入粉煤灰的积分曲线以“抛物线”型为主,说明掺入粉煤灰的土样的孔径宽度分布是连续的；掺入污泥灰的积分曲线以“S”型为主,说明掺入污泥灰的土样的孔径分布时不连续的。5.通过SEM检测了不同样品表面的形貌,粉煤灰-粘土表面形貌的特征为粉煤灰微粒可以填充到粘土结构的孔隙中；污泥灰-粘土表面形貌为污泥灰颗粒与粘土颗粒之间的粘结能力很差,污泥灰颗粒基本上在粘土表面悬浮。污泥灰-粉煤灰-粘土表面形貌为粉煤灰填充了污泥灰悬浮的空隙。6.试样平均孔径宽度随着粉煤灰掺入量的增加而减小,随着污泥灰掺入量的增加而增加。孔径宽度变小时,渗透系数及弥散系数缓慢下降；孔径宽度变大时,渗透系数及弥散系数大幅度上升。