石油污染土的击实特性

< 0. 01 ～ 0. 005 < 0. 005
9. 8 41. 7
表 2 试验土壤矿物成分和基本性质 Table 2 Mineralogy （ XRD results） and basic
properties of the soils
工程 天然含 分类 水率（% ）
壤粘土 13. 9
干密度 （ g / cm3 ）
表 1 试验土壤颗粒级配 Table 1 Grain size distribution of the soils
粒径范围（ mm） 0. 25 ～ 0. 075 < 0. 075 ～ 0. 05 < 0. 05 ～ 0. 01
百分含量（% ） 3. 0 2. 0
43. 5
粒径范围（ mm） 百分含量（ % ）
海湾战争导致了 科 威 特 大 面 积 的 石 油 污 染，迫 切 重建的需求使研究者将目光投向了油污砂土的力学性 能研究。研究人员发 现，石 油 污 染 可 能 会 导 致 地 基 承 载力下降，引 起 地 基 沉 降［4 ～ 6］。 利 用 人 工 配 比 的 油 污 砂土研究海湾战争溢油对沙土地球化学特性的影响， 发现其强度 和 渗 透 性 减 弱，压 缩 性 增 大［7 ～ 8］。 在 印 度 重大石化工业区艾哈迈达巴德市，Shah 等 发 现 燃 料 油 显著改变了该区土的 工 程 地 质 特 性，土 的 最 大 干 密 度 下降 4% ，粘聚力减小 66% 。 ［9］
2. 华北水利水电学院环境与市政工程学院，郑州 450011 ）
摘要： 为了解石油污染对土的压实特性的影响，利用室内击实试验，以原油、柴油和水 为 介 质，得 到 了 单 一 液 体 介 质 和 油
水混合介质时土的击实曲线。结果表明：石油代替水作为壤 粘 土 孔 隙 流 体，其 击 实 曲 线 无 明 显 峰 值，干 密 度 随 含 油 率 增
在实际工程压实 中，要 求 对 土 样 进 行 标 准 击 实 试 验 以 确 定 其 最 优 含 水 量 和 最 大 干 密 度 ，指 导 工 程 施 工 ， 本研究对 CC0 ～ CC16，YC0 ～ YC16 的系列土样进行标 准击实试验，得到各 个 土 样 标 准 击 实 曲 线 （ 图 2 ～ 3 ） 。 清洁壤粘土的击实曲 线 为 钟 型 击 实 曲 线，符 合 典 型 的 粘 性 土 击 实 特 征 。 总 体 看 来 ，除 个 别 点 外 ，最 大 干 密 度 随含油量的增加而减 小，油 的 存 在 使 得 达 到 最 大 干 密 度所需水量减少。 2. 2. 1 原油污染壤粘土的击实曲线
当原油含量 小 于 2% 时，体 视 镜 观 测 发 现 仅 部 分 土粒表面被原油覆裹，但 大 部 分 颗 粒 未 完 全 被 原 油 包 围，此时，水分仍可通 过 清 洁 土 粒 表 面 进 入 其 内 部，仅 部分表面特性受原油 污 染 影 响，其 性 质 与 清 洁 壤 粘 土 差别不大。从图 2 也可看出，YC1、YC2 的 击 实 曲 线 除 了 略 显 陡 峭 ，顶 部 较 尖 锐 外 ，与 清 洁 壤 粘 土 的 击 实 曲 线 类似。少量原油的存 在，仅 仅 在 土 粒 滑 动 过 程 中 起 到 了 润 滑 作 用 ，使 得 达 到 最 大 干 密 度 所 需 含 水 量 减 少 ；原
考虑到石油与水 具 有 类 似 的 流 动 性，在 土 粒 间 也 能起到一定的润滑作 用，分 别 实 施 了 以 油 或 水 为 单 一 介质的击实试验和油水混合介质的击实试验。
2 结果与讨论
2. 1 单一介质击实试验 分 别 以 原 油 、柴 油 和 水 为 单 一 介 质 ，对 油 污 土 不 调
目前，关 于 土 的 压 实 机 理，有 关 文 献 的 解 释 均 以 “Proctor 水膜 润 滑 理 论 ”为 基 础 和 主 要 内 容。 该 理 论 能够较好地解释粘性 土 的 压 实 特 征，即 图 1 中 清 洁 壤 粘 土 的 干 密 度 与 含 水 量 关 系 。 石 油 的 疏 水 性 、非 极 性 、 非介电特性使得油污 土 粒 结 构 松 散，类 似 于 含 水 量 极 低的土壤或细砂土，导 致 颗 粒 间 联 结 与 粘 性 土 产 生 本 质的区别。散粒结构 颗 粒 之 间 一 般 是 直 接 接 触，几 乎 没有或只有很小的联结力，“Proctor 水 膜 润 滑 理 论 ”不 再适合“油 膜 ”润 滑 土 的 压 实 机 制。“油 膜 ”润 滑 的 粘 土 颗 粒 小 ，质 量 轻 ，虽 然 表 面 上 看 有 着 类 似 砂 性 土 颗 粒 在外部压力或振动下 的 散 粒 重 新 排 列 的 压 实 机 理，但 由 于 级 配 差 、粒 间 孔 隙 小 ，不 利 于 微 细 孔 隙 的 填 充 和 气 体 排 出 ，因 而 总 体 表 现 为 干 密 度 小 ，难 压 实 。 2. 2 混合介质击实试验
加略有增大但远小于无污染土的最大干密度。油水混合作为孔隙流体，随含油率的增加，原油污染土壤的 击 实 曲 线 由 钟
型、双峰型转向无明显峰值曲线，出现类似高液限粘土压实特性；柴油污染土的击实曲线由尖锐型转变为 无 峰 值 型；最 优
含水率均减小，最大干密度随含油率变化规律与油 品 性 质 有 关。 提 出 了“油 膜 润 滑 ”的 新 观 点，可 较 好 地 解 释 石 油 污 染
1. 54
饱和 孔隙
比重 度（% ） 率（% ）
矿物 7 石、绿泥石、
高岭石
试验油品均由齐鲁石化公司提供。供试原油为轻 质 原 油，其 标 准 密 度 为 0. 858kg / m3 ，粘 滞 系 数 约 12100mPa·s，粘 度 较 小，但 仍 然 是 水 的 10000 倍 以 上。 供试柴油为 轻 柴 油，其 标 准 密 度 为 0. 854kg / m3 ，粘 滞
本文主要研究石油污染土作为土工材料时的击实 特 性 ，以 室 内 击 实 试 验 为 手 段 ，重 点 研 究 不 同 污 染 水 平 对石油污染土的击实特性的影响规律及其机理。
1 材料与方法
1. 1 试验用土与油品 试验用土取自淄博石化工业区大武水源地。取得
土样后，自然风干、除 杂、研 碎，过 2mm 筛。 其 基 本 性 质见表 1 ～ 2。
图 1 壤粘土的击实曲线（单一介质） Fig. 1 Compaction curves for loamclay
（ one liquid mono-medium）
击实 过 程 中，柴 油 含 量 大 于 6% 、原 油 含 量 大 于 12% 时，出现溢油，而含水率 高 达 25% 时，也 未 有 水 的 溢出现象。可见土粒 表 面 容 易 被 柴 油 充 分 饱 和，土 粒 对 柴 油 没 有 强 引 力 作 用 ，过 多 的 柴 油 立 即 排 出 ，没 有 形
壤粘土击实曲线的变化规律。
关键词： 石油污染； 壤粘土； 干密度； 最优含水率
中图分类号： X131. 3
文献标识码： A
文章编号： 1000-3665（2010）03-0102-05
随着人类环境保 护 意 识 的 增 强，关 于 污 染 土 以 及 污染土的工程性质的研究越来越受到重视［1 ～ 3］。
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郑 天 元 ，等 ：石 油 污 染 土 的 击 实 特 性
首先，人 工 配 制 一 定 含 油 水 平 的 土，YC0、YC1、 YC2 、YC4、YC6、YC8、YC12 、YC16 分 别 为 含 油 量 0% 、1% 、2% 、4% 、6% 、8% 、12% 、16% 的 原 油 污 染 粘 土，CC0、CC1、CC2 、CC4、CC6、CC8、CC12 、CC16 分 别 为含油量 0% 、1% 、2% 、4% 、6% 、8% 、12% 、16% 的 柴 油污染粘土。
Vol. 37 No. 3 May 2010
水文地质工程地质 HYDROGEOLOGY ＆ ENGINEERING GEOLOGY
第 37 卷 第 3 期 2010 年 5 月
石油污染土的击实特性
郑天元1 ，杨俊杰1 ，刘江娇1 ，童 玲2 （ 1. 中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室，青岛 266100；
节含水量，直 接 进 行 击 实，所 得 3 种 击 实 曲 线 见 图 1。 与 常 规 击 实 曲 线 相 比 ，以 柴 油 、原 油 代 替 水 浸 润 土 粒 表 面的击实曲线没有明 显 峰 值，且 干 密 度 从 大 到 小 依 次 为 清 洁 壤 粘 土 、柴 油 污 染 壤 粘 土 、原 油 污 染 壤 粘 土 。 当 含水率从 14. 8% 增加至 18. 4% 时，清洁壤粘土干密度 从 1. 6g / cm3 增加到 1. 72g / cm3 ；而 含 油 率 由 1% 增 加 至 20% 时，原 油 污 染 壤 粘 土 干 密 度 从 1. 43g / cm3 增 加 到 1. 63g / cm3 ，柴 油 污 染 壤 粘 土 干 密 度 从 1. 48g / cm3 增加到 1. 63g / cm3 ，变 化 幅 度 从 大 到 小 依 次 为 清 洁 壤 粘 土 、原 油 污 染 壤 粘 土 、柴 油 污 染 壤 粘 土 。
Mashalah 等 研 究 结 果 显 示，石 油 污 染 导 致 海 滩 砂 质土和沉积物的强 度、渗 透 性、最 大 干 密 度、最 大 含 水 量和塑性 降 低［10］。 Ramzi 等 尝 试 将 阿 曼 石 油 产 区 含 油废水用于道路建设，废 水 的 使 用 导 致 砂 土 最 优 含 水 率 略 微 下 降 ，最 大 干 密 度 略 微 上 升 ，但 高 塑 限 粘 土 的 最 优含水率和最大干密 度 均 轻 微 上 升，该 试 验 显 示 出 油 污水在道路建设中的前景［11］。另 外，一 些 添 加 剂 如 石 灰、粉尘、水泥等用于 稳 定 石 油 污 染 土，可 减 少 油 的 渗 出，也显示出石油污染土用作土工材料的可能［12 ～ 15］。