土木工程学报 China Civil Engineering Joumal ISSN 1000-131X CN 11-2120/TU 《土木工程学报》网络首发论文 题目： 环境土力学与工程研究进展 作者： 薛强，杜延军，胡黎明，詹良通，李江山 DOI: 10.15951/j.tmgcxb.24060486 收稿日期： 2024-06-20 网络首发日期： 2024-12-17 引用格式： 薛强，杜延军，胡黎明，詹良通，李江山.环境土力学与工程研究进展[/OL].土 木工程学报.https:/doi.org/10.15951/jtmgcxb.24060486 5 nCs>Pb2（53]（如图2）； 尺度力学效应的多相介质相互作用机制.
在环境土灾 开发了具备高重金属吸附能力的沸石改性膨润土材 害调控方面，我国发展了系列物理修复技术、化学修 料，发现离子交换作用和键合作用是膨润土颗粒与重 复技术、物理化学修复技术、植物修复技术等适用于 金属Cu²之间相互作用的主要方式，而膨润土颗粒 不同工况的环境土调控技术2-44，为我国土壤污染防 的片状与立方体状结合的微观结构控制着其相互作用 治战略的完成和“碳中和”目标的实现提供了强有力的 [$4] 技术保障.
内 ) 基于此，本文主要从环境土多相介质相互作用理 论、环境土多尺度表征方法、环境土改性调控技术三 个方面总结环境土力学与工程领域的研究进展.
1.1环境土多相介质相互作用理论 建立环境土多相介质相互作用理论是环境土力学 与工程研究的理论基础.
环境土多相介质相互作用包 图1重金属内、外球吸附的演化机理 括吸附/解吸[28.45、溶解/沉淀[3]、水合作用H6.4、范 Fig.1 Evolutionary mechanism of intra-sphere and outer- 德华力、双电层作用等，在复杂多场环境下， sphere adsorption on heavy metalsl52) 环境土固相、液相、气相以及生化物质之间的相互作 用和作用力发生改变，引起环境土颗粒团聚情况、孔 隙结构、流体性质等微观性能演化，最终导致土体宏 观工程和环境特性的劣化.
因此，有必要展开环境土 多相介质相互作用理论研究，揭示多相介质分子作用 机理，以及由此引起的多尺度演化过程机制，从本源 厘清与环境土相关的工程和环境灾害演化过程，为环 深色区 线色区 境土灾害高效防控提供理论基础.
1.1.1污染物-固相相互作用 污染物-固相相互作用是环境土的典型特征.
环 境土中的污染物主要分为重金属和有机污染物两种， 对于重金属污染土，基于经典的土壤DLVO理论5 5，土颗粒与重金属间的范德华力和静电引力是重金 ONa 属污染土的典型特征，孔隙液体此时为重金属与土颗 图2Pb、Na、Cs与NASH分子间相互作用 粒相互作用提供赋存与运移的媒介，不直接参与相互 作用.
而当污染物为有机物时，孔隙水和有机污染物 Fig.2 Interactions between Ph Na Cs and NASH molecules5 均与土颗粒发生相互作用.
因此，认为污染物-同相 （2）污染物-固相相互作用多尺度效应.
针对砷 相互作用主要是重金属与固相土颗粒之间的作用，包 （As）和镉（Cd）复合重金属污染土壤，开展了系 括表面吸附/解吸、沉淀/溶解、物理包裹、离子交换 统研究.
揭示了土壤与重金属相互作用下的微观机 结晶、官能基团络合作用等.
中国科学院武汉岩土力 制：As污染土的微观作用由静电吸附转变为专性吸 静强等环境土力学与工程研究进展
附，Cd污染土则由沉淀作用转变为静电吸附.
这些 污染物在带缺陷土工膜的三层复合黏土衬垫中的迁移 微观相互作用的变化引起了土壤宏观非饱和力学特性 数学模型，该模型可准确预测在扩散、平流、弥散、 的多尺度演化3：此外，对其宏观剪切力学性能进 吸附和热扩散作用下，重金属在黏土衬垫中的迁移行 行了研究，结果表明As与土颗粒的相互作用导致颗 为S]：建立了考虑温度变化下三层复合衬垫（土工 粒团聚体分散，力学强度降低：Cd与土颗粒的相互 膜GM、土工复合膨润土衬垫GCL、压实黏土衬垫 作用促进颗粒团聚，力学强度提高3S：最后，分析 CCL）中重金属污染物一维运移理论模型，给出了相 了其击实特性，发现Cd对土体击实特性的影响大于 应的热传导（式1）与重金属运移的控制方程（式 As，并指出通过分形维数和最大干密度等参数可以 2），该模型考虑了温度变化和非线性吸附特征的影 建立污染土壤宏观与微观的联系I5（如图3）.
响，与实际工程更相符S（如图4）.
(a） tca T() GM渗沥液，对应浓度C 'GCI" 26 土颗粒 对流 吸附 扩散、机械弥散 热扩散 T 或渗沥液收集层或弱渗透基底层 情况1：含水层情况2：弱含水层 (a)重金属-土颗粒相互作用 温度分布 (b） 图4基于污染物-固相相互作用的黏土村垫计算模型 Fig.4 Schematic diagram of clay liner model based on interactions of pollutant phase and solid phase [5s OT. =K -Cpq” T T OT. CsP =K² (1) CT. O'T. OT. (b）土题粒团聚结构 (c) AsCd 式中：：为时间：为衬垫自顶部垂直向下建立的坐 00:1500 000:1000 As 标系：C和p分别为液相的比热容和密度：q为复 Cd 合衬垫中渗沥液水头引起的达西渗流速度：T、T As:Cd 和T分别为GM、GCL和CCL中的温度：x、x 和x分别为GM、GCL和CCL中的热传导系数： CLn、C和CL分别为GM、GCL和CCL的比热 容：PLn、P和PL分别为 GM、GCL和 CCL的 2.0 质量密度.
C (z.r) e R（） 污染物凉度（mg) s 50L 9 0)C- (2) S e C D (7 ) T (c.0 （c)污染土体渗透系数 R（2.）R（z）o 图3As、Cd复合重金属污染土多尺度性能演化3] 式中：下标r=gc（g指GCL，c指CCL）：C和 Fig.3 Multi-sale properties evolution of As Cd posite C.分别为GCL和CCL中重金属污染物的浓度：S contaminated soil/ 为 Soret 系数：q =q/n ，qag和g分别为 GCL （3）基于污染物-固相相互作用的理论模型.
结 和CCL中的达西渗流速度，n和n分别为GCL和 合Langmuir吸附模型，建立了非等温条件下重金属 CCL中的孔隙率：D（T）=D（T）4
