岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (2): 451-460.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0239

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

铅污染对黄土宏观持水性能和微观结构演化的影响研究

文少杰1, 2,郑文杰1, 2,胡文乐1, 2   

  1. 1. 西安建筑科技大学 土木工程学院,陕西 西安710055; 2. 西安建筑科技大学 陕西省岩土与地下空间工程重点实验室,陕西 西安 710055
  • 收稿日期:2022-03-03 接受日期:2022-08-29 出版日期:2023-02-10 发布日期:2023-02-17
  • 作者简介:文少杰,男,1992年生,博士研究生,主要从事环境岩土工程方面的研究。
  • 基金资助:
    中共中组部“国家海外高层次人才引进计划”青年项目(2019)

Effects of lead contamination on macro-water retention and micro-structural evolution of loess

WEN Shao-jie1, 2, CHENG Wen-chieh1, 2, HU Wen-le1, 2   

  1. 1. School of Civil Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an, Shaanxi 710055, China; 2. Shaanxi Key Laboratory of Geotechnical and Underground Space Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an, Shaanxi 710055, China
  • Received:2022-03-03 Accepted:2022-08-29 Online:2023-02-10 Published:2023-02-17
  • Supported by:
    This work was supported by the Youth Program of the Organization Department of the Central Committee of the CPC “National Overseas High-level Talents Introduction Program” (2019).

摘要: 垃圾填埋场渗滤液中的重金属与土体发生物理化学反应,可能导致土体微观结构的改变,重金属等有毒物质得以扩散、运移,威胁人体健康和周边环境。为探究重金属污染对黄土宏观持水性及微观结构的影响,采用轴平移技术测得铅污染黄土的土-水特征曲线。通过扫描电子显微镜(SEM)、压汞(MIP)、X射线衍射(XRD)和Zeta电位试验,阐明细观结构变化特征。结果表明:铅污染黄土的进气值随铅离子浓度的增加而减小,当铅污染浓度由0 mg/kg增加至2 000 mg/kg时,进气值从19.18 kPa下降至12.12 kPa;铅污染导致持水性能降低,渗透系数随铅离子浓度的增加而增加,饱和渗透系数从7.92× 10–8 m/s增加到3.73×10–7 m/s;铅污染引起的物理化学反应及Zeta电位的降低导致絮凝结构形成,小孔隙占比减小,中孔隙占比增加;铅污染引起的微观结构演化与宏观持水性和渗透性具有良好的对应关系。该研究结果可为重金属污染场地非饱和渗流及溶质运移等问题的研究提供重要参数。

关键词: 污染土, 重金属, 微观结构, 土-水特征曲线, 基质吸力, 渗透系数

Abstract: The physical and chemical reactions between heavy metals in landfill leachate and soil may change the microstructure of soil, then the diffusion and migration of heavy metals and other toxic substances, threaten human health and surrounding environment. In order to investigate the effects of heavy metal contamination on macroscopic water retention and microstructure of loess, the soil-water characteristic curves of Pb-contaminated loess were measured by axial translation technique. Characterization of mesoscopic structure changes was clarified by scanning electron microscopy (SEM), mercury injection (MIP), X-ray diffraction (XRD) and Zeta potential. The results show that the air-entry values of Pb-contaminated loess decrease with the increase of Pb-concentration. When the lead pollution concentration increases from 0 mg/kg to 2 000 mg/kg, the air-entry values decrease from 19.18 kPa to 12.12 kPa, indicating that lead contamination lead to a decrease in water retention. On the contrary, the permeability increases with the increase of lead concentrations. The saturated permeability coefficient increases from 7.92×10–8 m/s to 3.73×10–7 m/s. The physicochemical reaction and reduction of Zeta potential caused by lead contamination produce flocculation structure, and the proportion of small pores decreases while that of medium pores increases. The microscale structural evolution has a good correspondence, induced by the lead contamination, with macroscopic water retention capacity and permeability. The results can provide important parameters for the study of unsaturated seepage and solute transport in heavy metal contaminated sites.

Key words: contaminated soil, heavy metal, micro-structure, soil-water characteristic curve, matrix suction, permeability properties

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