干湿交替处理对土壤稳定性能的影响评估方法与标准

（一）干湿交替温度对固化稳定化土壤性能的影响

图5-11为在不同干湿交替温度处理条件下，三种重金属污染土壤中重金属浸出浓度的变化。

图5-11 干湿交替温度对重金属浸出浓度的影响

不同稳定化土壤中，干湿交替处理对于重金属的浸出浓度具有影响。当温度提高时，Pb浸出浓度变化不大，分别为20μg／L和10μg／L;当温度为60℃和80℃时，As的浸出浓度由115.5μg／L增大至140.5μg／L和404μg／L，温度的提高对于As的浸出浓度具有明显影响;当干湿交替处理温度为60℃和80℃时，Cd的浸出浓度由2 120μg／L分别变为4 850μg／L和1 916.7μg／L。在干湿交替处理中，温度对于重金属的浸出浓度具有较大影响，但并不一定随温度的提高而浓度增加。

如图5-12所示，当干湿交替处理的干燥温度为60℃和80℃时，沈阳Pb污染土壤固化后的抗压强度由6.45 MPa降低至4.52 MPa和4.13 MPa;广西As污染土壤固化后的抗压强度由3.22 MPa变为4.13 MPa和3.04 MPa;甘肃Cd污染土壤固化后的抗压强度由4.07 MPa降低至3.52 MPa和3.26 MPa。沈阳Pb污染土壤的渗透系数由0.91×10-4 cm／s增大至3.58×10-4 cm／s和2.29×10-4 cm／s;广西As污染土壤的渗透系数由1.2×10-4 cm／s增大至2.44×10-4 cm／s和2.64×10-4 cm／s;甘肃Cd污染土壤的渗透系数由0.76×10-4 cm／s降低至0.72×10-4 cm／s和0.43×10-4 cm／s。上述结果表明，干湿交替总体上会削弱固化土壤的理化性能，但温度的变化对于不同类型固化土壤理化性能的影响不尽相同。

（二）干湿交替循环次数对固化稳定化土壤性能的影响

图5-13为不同干湿交替次数处理条件下，三种重金属污染土壤中重金属浸出浓度的变化。

图5-12 干湿交替温度对固化土壤理化性能的影响

图5-13 干湿交替次数对重金属浸出浓度的影响

如图5-13所示，针对Pb污染土壤和As污染土壤，经不同次数干湿交替处理后，固化土壤中重金属浸出浓度升高，且随着干湿交替次数的增加，Pb和As的浸出浓度升高。当干湿交替次数为12、15和18次时，Pb的浸出浓度由未检出分别增大至10μg／L、16μg／L和25.5μg／L;As的浸出浓度由115μg／L分别增大至404μg／L、405.3μg／L和518.5μg／L。对于Cd污染土壤而言，经12、15和18次干湿交替处理后，固化土壤中Cd的浸出浓度由2 120μg／L降低至1 916.7μg／L、1 065μg／L和933μg／L。对于不同类型或不同污染类型的土壤，其稳定性受干湿交替次数影响的规律不尽相同。

如图5-14所示，当干湿交替处理的次数分别为12、15和18次时，固化处理后，Pb污染土壤的抗压强度由6.45 MPa降低至4.13 MPa、3.75 MPa和3.38 MPa;As污染土壤的抗压强度由3.22 MPa降低至3.04 MPa、2.59 MPa和1.88 MPa;Cd污染土壤的抗压强度由4.07 MPa降低至3.26 MPa、3.01 MPa和2.87 MPa。当干湿交替处理的次数分别为12、15和18次时，固化处理后，Pb污染土壤的渗透系数由0.91×10-4 cm／s增大至2.29×10-4 cm／s、2.49×10-4 cm／s和3.51×10-4 cm／s;As污染土壤的渗透系数由1.2×10-4 cm／s变为2.64×10-4 cm／s、1.39×10-4 cm／s和1.43×10-4 cm／s;Cd污染土壤的渗透系数由0.76×10-4 cm／s降低至0.43×10-4 cm／s、0.22×10-4 cm／s和0.42×10-4 cm／s。上述结果表明，随着干湿交替次数的增加，其对固化土壤抗压强度的削弱作用增强，对固化土壤渗透系数的影响未呈现一致的规律。

图5-14 干湿交替次数对固化土壤理化性能的影响

（三）干湿交替浸泡介质对固化稳定化土壤性能的影响

图5-15为不同浸泡介质的干湿交替处理条件下，三种重金属污染土壤中重金属浸出浓度的变化。

图5-15 干湿交替浸泡介质对重金属浸出浓度的影响

如图5-15所示，固化土壤经不同浸泡介质干湿交替处理后，对Pb污染土壤和As污染土壤而言，土壤中重金属的浸出浓度升高，且5%硫酸钠溶液浸泡对于Pb和As浸出浓度的提高影响更明显。在分别采用去离子水和5%硫酸钠溶液浸泡时，Pb的浸出浓度由未检出分别增大至25.5μg／L和51.5μg／L;As的浸出浓度由115μg／L分别增大至518.5μg／L和1 530μg／L。干湿交替处理可降低Cd的浸出浓度，但5%硫酸钠溶液浸泡时Cd的浸出浓度（1 290μg／L）要高于采用去离子水浸泡时的浸出浓度（933μg／L）。由此可知，采用5%硫酸钠溶液作为干湿交替处理中的浸泡介质时，其对稳定化土壤中重金属稳定性的破坏比去离子水更大。

由图5-16所示，经去离子水和5%硫酸钠溶液干湿交替处理后，Pb污染固化土壤的抗压强度由6.45 MPa降低至3.38 MPa和3.01 MPa，其渗透系数由0.91×10-4 cm／s增大至3.51×10-4 cm／s和4.26×10-4 cm／s;As污染土壤的抗压强度由3.22 MPa降低至1.88 MPa和2.55 MPa，渗透系数由1.2×10-4 cm／s增大至1.43×10-4 cm／s和1.45×10-4 cm／s;Cd污染土壤的抗压强度由4.07 MPa降低至2.87 MPa和2.24 MPa，渗透系数由0.76×10-4 cm／s降低至0.42×10-4 cm／s和0.6×10-4 cm／s。固化污染土壤采用5%硫酸钠溶液进行干湿交替处理时，其对固化土壤的理化性能的削弱影响比去离子水更大。

图5-16 干湿交替浸泡介质对固化土壤理化性能的影响

（四）干湿交替处理对固化稳定化土壤性能影响机理研究

1.红外光谱测试结果(www.xing528.com)

图5-17～图5-20为干湿交替处理过程中，不同条件下As和Pb污染土的稳定化样品的红外光谱分析结果。经过60℃和80℃干燥温度处理之后，两种土壤中表征有机基团的红外谱图发生了变化。由图可知，位于1 625～1 610 cm-1波段的蛋白质，位于1 390～1 380 cm-1波段的羧酸，位于1 150～1 010 cm-1波段的多聚糖均减少，说明了温度变化会对土壤有机质的组成产生影响。在经过干湿交替12、15和18次后，As稳定化土壤中多聚糖减少，Pb稳定化土壤中蛋白质、羧酸、多聚糖均减少。结果表明，干湿交替处理方法确实会对稳定化土壤中的有机基团产生影响，促使这些基团的分解。

图5-17 不同温度下As稳定化土壤样品的红外光谱分析结果

图5-18 不同温度下As稳定化土壤样品的红外光谱分析结果

图5-19 不同干湿交替次数下As稳定化土壤样品的红外光谱分析结果

图5-20 不同干湿交替次数下Pb稳定化土壤样品的红外光谱分析结果

2.扫描电镜形貌观测结果

图5-21～图5-24为干湿交替处理过程中，不同条件下重金属污染土壤的稳定化样品或水泥固化块样品的微观形貌。通过干湿交替处理后，污染土壤的稳定化样品和固化块样品结构变得更加疏松，干燥温度的升高会削弱土壤颗粒间的连接，使得稳定化土壤样品和固化块样品微观结构受到破坏，从而影响稳定化土壤中重金属的浸出浓度及固化土壤的抗压强度和渗透系数等。干湿交替12、15和18次处理后，污染土壤的稳定化样品和固化块样品结构变得更加疏松，干湿交替次数的增多会加大对土壤结构间的破坏，影响稳定化土壤中重金属的浸出浓度和固化块土壤的抗压强度和渗透系数。

图5-21 不同温度下对稳定化土壤样品的电镜扫描结果

As：（a）原始土壤;（b）对照样品;（c）烘干温度60℃;（d）烘干温度80℃Pb：（e）原始土壤;（f）对照样品;（g）烘干温度60℃;（h）烘干温度80℃

图5-22 不同干湿交替次数下对稳定化土壤样品的电镜扫描结果

As：（a）12次;（b）15次;（c）18次Pb：（d）12次;（e）15次;（f）18次

图5-23 不同温度下对水泥固化块土壤样品的电镜扫描结果

As：（a）对照样品;（b）烘干温度60℃;（c）烘干温度80℃Pb：（d）对照样品;（e）烘干温度60℃;（f）烘干温度80℃Cd：（g）对照样品;（h）烘干温度60℃;（i）烘干温度80℃

图5-24 不同干湿交替次数下对水泥固化块土壤样品的电镜扫描结果

As：（a）对照样品;（b）12次;（c）15次;（d）18次Pb：（e）对照样品;（f）12次;（g）15次;（h）18次Cd：（i）对照样品;（j）12次;（k）15次;（l）18次

在已有的研究中，分析了干湿交替对固化稳定化土壤的影响。研究结果表明，周期性的干湿交替模式对土壤中Cd的释放有明显的抑制作用。随着干湿交替周期的延长，各种土壤对Cd的释放速率都显著下降。干湿交替增强了土壤胶体对Cd的吸持能力。Cd的交换吸附态比例减少，解吸过程发生的难度增大。随干湿交替周期的延长，紫色土、紫色潮土和灰棕潮土对Cd的初始释放量均呈现出逐渐下降的趋势，而黄壤对Cd的初始释放量却逐渐上升。由于降雨、河流水位升降等原因引起的地下水位波动，土壤往往处于干湿交替状态。这种干湿交替作用对土壤来说是一种“疲劳作用”，它对土壤的劣化作用通常比持续浸泡还要强。这是一种累积性发展的过程，即每一次的效应并不一定很显著，但多次重复发生却可使效应累进性增大。干湿交替作用对岩石力学性质具有较强的软化作用。研究表明，在第一次干湿交替处理后土壤的黏聚力就有较大幅度的下降，而干湿交替4次和8次后，黏聚力基本相当。