[发明专利]适用于软土地区的垂直隔离屏障设计深度和厚度计算方法

说明书

技术领域

本发明属于环境岩土工程技术领域，具体涉及一种适用于软土地区的垂直隔离屏障设计深度和厚度计算方法。

背景技术

现代工业的发展极大地推进了人类文明发展的进程，使人们在享受工业文明创造的丰硕果实的同时，也遭受了随之而来的环境污染危害。随着工业和城市污染的加剧及农用化学物质种类、数量的增加，土壤中的污染日益严重。由于成本、工期及治理效果方面的优势，隔离封闭法越来越多地应用在污染场地的修复治理中。隔离封闭技术主要是利用工程措施将污染物封存在原地，切断暴露途径，限制污染物迁移，降低或消除污染物的暴露风险，保护受体安全。其中，垂直屏障是隔离封闭技术最重要的组成部分之一，一般利用搅拌器械将固化剂（水泥，石灰等材料）喷入软弱土层深部，在水的作用下，固化剂与土体之间发生一系列物理化学反应，形成完整的低渗透性防渗墙。

然而，由于相关技术研究落后国外发展数十年，目前国内尚无成熟的垂直屏障设计方法及技术，主要是借鉴水利工程的经验公式，即以允许水力梯度作为控制条件，将安全系数考虑在允许水力梯度中。在实际工程中，该设计方法可能使得结果偏于不安全，因此有必要提出适用于污染物迁移机理的设计原则及方法。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种适用于软土地区的垂直隔离屏障设计深度和厚度计算方法，该计算方法在确定垂直隔离屏障的类型后，通过确定垂直隔离屏障的设计服役期T以及击穿标准Cs，从而分别计算所需的设计深度和设计厚度。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种适用于软土地区的垂直隔离屏障设计深度和厚度计算方法，其特征在于所述计算方法包括以下步骤：

（步骤一）根据污染场地的功能要求选择所需采用的垂直隔离屏障类型，所述垂直隔离屏障可以是悬挂式垂直隔离屏障或嵌入式垂直隔离屏障；

（步骤二）若所述垂直隔离屏障为所述悬挂式垂直隔离屏障，则其设计深度的计算方法包括以下步骤：

（1）确定所述悬挂式垂直隔离屏障的设计服役期T以及击穿标准Cs，所述击穿标准是指所述悬挂式垂直隔离屏障的底部或外侧壁的污染物浓度阈值；

（2）根据污染物位置至所述悬挂式垂直隔离屏障底部间土层的特性，确定所述土层的等效渗透系数K和等效水动力弥散系数D；

（3）按照所述击穿标准，根据计算公式 C=0.5C₀erfc(Y) 计算中间量Y值，其中：

C为所述悬挂式垂直隔离屏障底部或外侧壁的污染浓度，单位为mol/L，在计算过程中令C=Cs；

Cs为所述悬挂式垂直隔离屏障底部或外侧壁的击穿标准，单位为mol/L；

C₀为所述悬挂式垂直隔离屏障开始服役时污染物的最大深度B₀处，污染土体孔隙中液相的污染物浓度，单位为mol/L；

erfc为余误差函数，erfc(Y)=1-erf(Y)，；

（4）结合所述击穿标准，通过计算公式 计算所述悬挂式垂直隔离屏障在土体中的设计深度B，其中：

D为最大污染深度B₀与所述悬挂式垂直隔离屏障设计深度B之间土体的等效水动力弥散系数，单位为㎡/s；

T为所述悬挂式垂直隔离屏障的设计服役期，单位为年；

v_z为平行于所述悬挂式垂直隔离屏障方向的渗流速度，单位为m/s；

B₀为污染物的最大深度，单位为m；

（步骤三）若所述垂直隔离屏障为所述嵌入式垂直隔离屏障，则其设计深度按照所述悬挂式垂直隔离屏障的设计深度计算方法进行计算。

步骤三中所述嵌入式垂直隔离屏障设计厚度的计算方法包括以下步骤：

（1）确定所述嵌入式垂直隔离屏障的设计服役期T以及击穿标准Cs，所述击穿标准是指所述嵌入式垂直隔离屏障外侧壁的污染物浓度阈值；

（2）根据所述嵌入式垂直隔离屏障的材料类型，确定所述嵌入式垂直隔离屏障的渗透系数Ke以及有效扩散系数De；

（3）若所述嵌入式垂直隔离屏障的局部渗透系数Ke大于阈值，则考虑渗流和扩散作用，利用计算公式 C=0.5C₀erfc(Y)计算中间量Y值；在获得中间量Y值后，计算所述嵌入式垂直隔离屏障的设计厚度H，计算公式为：