我国近年来污染土工程性质的研究进展

2015-08-15白龙飞

科技视界 2015年14期

白龙飞张璐

（1.内蒙古科技大学，内蒙古包头014010；2.核工业二○八大队，内蒙古包头014010）

0 前言

环境岩土的研究是近年来岩土工程的一个新热点，属于岩土工程、农业学、生态学、环境工程等学科之间的交叉领域，其中污染土是环境岩土工程学的一个前沿研究领域。尤其是从2008年11月于湖南长沙召开的《第二届全国环境岩土工程及土工合成材料技术研讨会》更是加快了我国科研工作者对于污染土研究进程。相对于之前研究的成果多数是关于生态学，环境保护学，农业土壤等方面，及在岩土工程仅限于工程实例为主的的少数报道［1］，近年来我国学者对于污染土在岩土工程各领域的研究都取得了一定的成果。所以本文选取污染土研究领域中污染土工程性质研究这一方向在“污染土的污染来源”、“污染土研究试验内容”、“场地污染情况评价”三个方面对我国学者自2008年以来的主要研究进展进行简要的叙述。

1 污染土污染来源的研究进展

1.1 无机物来源的污染土

我国近些年对于污染土工程性质的研究主要是针对工业厂区生产或者搬迁过程中的原料泄漏，违法排放，生产过程废弃物（如矿渣，污水）所造成场地土体受到酸性、碱性溶液、重金属为代表的无机物污染腐蚀，引发土性发生变化的污染情况。如韩鹏举、白晓红［2］［3］在《国家自然科学资金项目（51078253）》、《高等学校博士学科点专项科研基金（20111402120001）》等项目支持下，对于碱和轻金属钠盐对太原地区粉土的污染情况进行研究。查甫生、储诚富［4］［5］在《国家自然科学资金项目（41172273,41372281）》中央高校基本科研业务费专项资金资助(JZ2014HGBZ0186)等资金支持下，对于重金属盐对合肥市粘性土污染情况的，工程性质及电阻率变化进行研究。伯桐震，黄英［6］［7］，在《国家自然科学基金项目(51168022，51269006)》、《昆明理工大学分析测试基金项目(20130584)》等课题支持下，根据云南地区常见的红土受电镀厂、冶炼厂排出废水污染情况，造成地基基础失稳的情况进行酸碱及硫酸盐污染红土性质变化的研究。以及程博［8］、李玉明［9］、张志红，李红艳［10］、王勇，曹丽文［11］等学者均在各自情况下完成对于相应区域无机污染土相应的研究，也均取得了丰厚的成果。

1.2 有机物来源的污染土

在对无机物来源的污染土进行全面研究的同时，我国一部分青年学者也开始进行以柴油、农药、原油为代表的有机来源污染土相关的试验及理论研究，比如：童玲［12］、郑天元、杨俊杰［13］［14］在《国家自然科学基金资助项目(40872150)》、《中国海洋大学本科生研究训练计划资助项目资金支持下》，进行石油污染土击实特性、柴油污染土物理力学性质的研究及淄博地区中砂和壤粘土受轻质原油污染，物理、水理和力学性质变化特征的试验研究；周杏、蔡奕［15］在《国家自然科学基金(编号:41202192)》、《教育部留学回国人员科研启动基金(教外司留2013-1792)》、《同济大学中央高校基本科研业务费专项资金(20132055)》项目支持下，进行上海地区粉质粘土受柴油污染的物理、水理性质变化试验研究。耿功巧、边汉亮［16］通过《国家自然科学基金重点项目(41330641)》、《国家自然科学基金项目(41202203)》项目，进行受氯氰菊酯污染的的南京地区粉质粘土强度无侧限抗压强度试验、渗透试验研究。

2 污染土研究试验研究的进展

2.1 引言

我国近些年虽然也存在一些分散的室外现场污染土性质研究，但是取得的进展不是很明显。相比之下在室内模拟试验方面却取得了一定的进步。

2.2 已有试验方式的改进

相对于我国早期学者对于污染土的室内试验研究采用原状土的试验方法［17］［18］近年来我国学者主要采用重塑土进行试验的方法，目前发展出：先将取得土体与污染液拌合均匀（或污染液在土表面喷洒）反应，在对反应后的土体进行环刀取样的“拌合-击实”试验法［19］［20］”；以及将取得土样磨碎、过筛击实，再用环刀取土，于土样两端加滤纸并用透水石盖上，外围用耐腐细线绑紧，浸泡于污染液中使污染液进入土样与土进行物理化学反应，待达到需要时间后，土样取出再进行物理力学等指标测量的试验的“击实-浸泡”试验法［2］［21］；先将土与反应液拌合接触均匀（或污染液在土表面喷洒），用击样法制备污染土，随后两端加滤纸并用透水石盖上，用耐腐细线绑住，随后将绑好试样浸泡于清水中，使污染土土样中污染液泡出土样，待达到预设时间将土样取出进行相应的试验的“拌合-浸出”试验法［22］。

2.3 新的试验内容

当然除了对原有试验方式的改进，我国一部分学者在研究受污染粘土、粉质粘土、粉土的物理、力学、水理等性质的试验过程中也引入一些新的试验内容进行相关研究，如：樊宇航［22］在其试验中加入不同浸泡时间，环境温度对酸污染红土性质变化的内容；陈伟胜［23］】引入砂土受石油污染的直剪试验研究，并分析对比了相同含量下石油柴油与水对砂土直剪强度的差异性影响。

2.4 微观结构的分析

我国学者对于污染土的微观结构分析主要采用电子显微镜拍摄照片，再通过对拍摄的照片进行图像处理，进行定性定量的研究，如：朱春鹏、刘汉龙、张晓璐［24］，通过河海大学基于VC+6.0研制的GeoImage系统对污染图样的电镜图片进行酸污染淤泥质土“颗粒、孔隙面积”、“分布分维”、“定向度”“微结构欧拉数”等方面进行分析研究；王栋［25］、相兴华［3］通过IPP软件及太原理工大学徐清浩基于VB语言开发数据处理程序［26］，对碱盐污染粉土“孔隙率”、“孔隙比”、“不同空隙粘图像面积比率”几方面进行定量分析；任礼强［27］采用Matlab处理图片，对碱污染红土“孔隙率”、“颗粒个数”、“颗粒复杂度”“颗粒平均周长”“土颗粒分布维度”几个方面进行定量分析；张志红，李艳红［10］通过对铜离子污染粘土孔隙率定量研究，分析固结压力和金属盐溶液浓度对于土渗透性影响规律。

3 污染土场地评价的研究进展

我国近年来在学术界主要采用电阻率法进行场地污染程度评判的理论研究，如：董路，叶腾飞［28］应用ERT（Electrical Resistivity Tomography)技术对杭州某受硫酸外泄污染场地进行污染评判。同时在近年来，我国发展出根据《岩土工程勘察规范(GB50021-2009》、《土壤环境监测技术规范》（HJ/T166-2004）的相关内容，将“地基土物理力学性质变化”、“建筑材料腐蚀性评价”、“土壤环境影响程度”三者相结合，共同评判污染场地的新方法，其中比较有代表性的是上海市岩土工程勘察设计研究院有限公司的许丽萍，李韬［29］在《上海市建设技术发展基金项目》的“上海城市污染(受损)土处置与修复技术”研究中的“建设场地污染土的综合评价”方法。

4 总结

虽然我国学者近来在污染土的“污染土的污染来源”、“污染土研究试验内容”、“场地污染情况评价”研究方面取得了一定的进展，但仍可以发现很多需要进一步发展的地方，除了以朱春鹏、刘汉龙【30】为代表的前人提到的“确定污染土承载力变化半经验公式”、“确定污染土力学性质变化的定量模型”、“建立土-水-化学耦合本构模型”等方面，根据近年来的实际发展情况，一些具备很大发展空间的方面也开始出现：

（1）有机污染土资金研究方面。相对于无机污染土的工程性质研究有很多知名学者参与、国家级资金项目支持。目前，有机物污染土的研究还主要是一些本科、硕士阶段学生进行，除了少部分“本科生创新资金项目外”多数只能分属于其他的项目，并没有专项国家及资金对其研究进行支持。

（2）土的种类。目前受污染土体的主要种类为粘性土（包括：红土、粉质粘土、粘土），而与之对应粉土、砂土等研究明显不足。

（3）地区性研究。我国目前对于污染土工程性质的研究主要集中于太原、南京、上海、青岛、昆明等城市少数高校和机构之中，而我国幅员辽阔，各地土体都有相应的区域性特点，同时很多重工业污染存在大省并没有相关学者进行污染土工程相关研究，可见现有程度还是不够。

（4）更简便污染场地评价仪器和方法。

［1］饶为国.污染土的机制、检测及整治[J].建筑技术开发,1999,26(1):20－21.

［2］韩鹏举，白晓红.盐碱污染土的工程性质研究[J].建筑科学，2012,28（增1）：99-102,127.

［3］相兴华，韩鹏举.NaOH和NH3·H2O环境污染土的试验研究[J].太原理工大学学报，2010，41（2）：134-138.

［4］查甫生，刘晶晶.重金属污染土的工程性质试验研究[J].地下空间与工程学报，2014,10（增2）：1983-1985.

［5］储诚富，查甫生.锌污染黏土工程性质的试验研究[J].工业建筑，2015,45(1):118-121.

［6］任礼强，黄英.铅污染红土的抗剪强度特征及见图作用特征研究[J].水文地质工程地质，2014,41(5)：75-81.

［7］伯桐震，黄英，石崇喜，等．酸污染红土物理性质的变化特性[J]．水文地质工程地质，2012，39(2):111-115.

［8］程峰，重金属侵入下岩土的力学特性及固话机理研究[D].长沙：中南大学，2014.