金屬離子對粘土滲透性影響的試驗研究

摘 要：試驗研究了垃圾填埋場滲濾液中主要離子對粘土襯墊的影響，分析離子K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+5種金屬離子對粘土襯墊滲透性的影響規律。

關鍵詞：粘土；金屬離子；滲透性

劉和平等（1997）研究了鉛和鎘在粘土襯層中的滲透、遷移和轉化規律，發現溶液中離子對通過粘土層的滲透系數有一定影響，他指出混合溶液的滲透系數都比純水時的滲透系數低[1]。填理場產生的滲濾液將使填理場中粘土及下臥天然土層的組分、結構、孔隙等發生變化，從而導致土的強度、壓縮性、滲透性、塑性等有所改變。我國規范（《城市生活垃圾衛生填埋技術規范》（CJJ17-2004）等）中對粘土襯墊的要求都是針對未受污染的情況，粘土襯墊在填埋之后很難再修復。因此，針對粘土襯墊系統在滲濾液的長期作用下能否滿足規范中要求的滲透性和強度的問題，試驗研究了滲濾液中主要離子對粘土襯墊的影響，分析離子K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+5種金屬離子對粘土襯墊滲透性的影響規律。

1 金屬離子對粘土襯墊影響的實驗設計

1.1 實驗裝置設計

本次實驗的主要目的是，在模擬粘土襯墊裝置中，研究和確定滲濾液及金屬離子對粘土襯墊土工性質的影響。圖1是設計的模擬垃圾填埋場粘土襯墊裝置。在實驗裝置中，對壓實后的粘土直接進行滲流，滲流時間為一周，滲流溶液與壓實粘土層充分反應，實驗滲流過程與實際垃圾填埋場中滲濾液流經襯墊系統的過程比較接近。滲流液體分別是K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+的金屬離子溶液。

1.2 正交實驗設計

為了確定影響粘土性質變化的因素，實驗采用了正交實驗設計。

根據實驗目的及主要離子成分，選擇因素水平。選取K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+五個因素，每個因素有四個水平，即四個不同的濃度0.005mol/L、0.01mol/L、0.02mol/L和0.04mol/L。正交實驗安排按照正交表L16（45）（如表1-1）來安排。

1.3 實驗步驟

①分別配制不同濃度水平的KCl、NaCl、CaCl2、FeCl3、Mg（NO3）2溶液，得到濃度分別為0.005mol/L、0.01mol/L、0.02mol/L的 K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+溶液。將不同濃度的單離子溶液分別倒入各模擬實驗裝置中，并不斷加入溶液，對壓實粘土層進行滲流。滲流過程中，溶液中的金屬離子不斷和粘土顆粒發生作用，從而影響粘土層的塑性、滲透性和強度等土工性質。

② K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+五種金屬離子共同存在時，按照正交實驗設計，配制混合溶液，在粘土襯墊層進行滲流。粘土受到多種金屬離子的共同作用，其塑性、滲透性和強度等性質也將發生變化。

2 金屬離子對粘土滲透性的影響

粘土顆粒表面的離子分布以及雙電層的厚度估算實際是一個復雜的過程。土的結構凝聚較分散具有較高的強度，較低的壓縮性和較大的滲透性。因為當顆粒處于不規則排列狀態時，粒間的吸引力大，不容易相互移動[2]。

2.1 單離子對粘土滲透性的影響

當土樣的密度是1.69g/cm3時，實驗測得土樣在純水中的滲透系數為1.95×10-6cm/s。選擇0.005mol/L、0.01 mol/L、0.02 mol/L三種濃度的Na+、Ca2+、Fe3+溶液，以NaCl、CaCl2、FeCl3為試劑，配制溶液，并對土樣滲流，滲流時間為7d，圖2是實驗測定的土樣滲透系數值。實驗結果發現，溶液中金屬離子的種類、濃度對粘土滲透系數的影響有所不同。

從圖2數據，可以看出：

（1）總體趨勢上，土樣在Na+、Ca2+、Fe3+金屬離子溶液中的滲透系數要高于在純水中的滲透系數。土樣在純水中的滲透系數為1.95×10-6cm/s，而在金屬離子溶液中的滲透系數在2×10-6cm/s～7×10-6cm/s之間。

（2）滲透系數隨著溶液濃度的增加而升高。溶液中的金屬陽離子Na+、Ca2+、Fe3+，在粘土顆粒表面發生離子吸附和交換，不同濃度的金屬離子對應粘土的滲透系數不同。Na+、Fe3+濃度從0.005mol/L增加到0.02mol/L時，土樣的滲透系數分別從2.16×10-6cm/s、4.25×10-6cm/s增加到3.12×10-6cm/s、6.5×10-6cm/s。且溶液中存在Na+時，對滲透系數的影響不大，溶液中存在Fe3+時，土樣的滲透系數則改變較大，增加的最多。

2.2 多離子對粘土滲透性的影響

根據正交實驗中設計的16個混合溶液，壓實粘土土樣在這16個溶液中滲流7d后，取樣研究K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+多離子共存時對粘土滲透系數的影響，同時與上述的單離子溶液對粘土滲透系數的影響進行比較分析。

根據實驗結果（表2）交實驗理論，分析實驗結果。在第j列因素一定時，Kij（i=1，2，3，4）是在j因素（離子種類）條件下，溶液濃度分別在0.005mol/L、0.01mol/L、0.02mol/L、0.04mol/L時，金屬離子溶液作用土樣后，對應土樣滲透系數的平均值。① 實驗數據反映的一般規律：當溶液中金屬離子濃度較大時，對粘土的滲透系數影響比低濃度溶液時的影響大。比較K1j、K2j、K3j、K4j的值，如j=1時，K11、K21、K31、K41為Na+在0.005mol/L、0.01mol/L、0.02mol/L、0.04mol/L時土樣的滲透系數平均值，滲透系數隨著溶液濃度的增加而變大；② 對比實驗離子不同濃度條件下，對土體滲透性的影響程度。溶液中Na+的濃度在0.04mol/L時，對粘土滲透系數的影響最大，K+的濃度在0.02mol/L時，對粘土滲透系數的影響最大，Ca2+的濃度在0.02mol/L時，對粘土滲透系數的影響最大，而Fe3+、Mg2+濃度都在0.04mol/L時，對粘土滲透系數的影響最大；③ 確定離子種類對土體滲透性的影響。比較R的值，可知R4>R3>R2>R5>R1，R值的比較說明了各個因素即各離子對粘土滲透系數的影響程度。實驗離子對滲透系數的影響程度排序為：Fe3+>Ca2+>K+>Mg2+>Na+，高價離子對粘土的土工性質影響程度比低價離子要高。

2.3 機理分析

（1）理論上，土的滲透系數隨著流體容重的增加而增加，隨粘滯性的增高而降低。與含有豐富離子成分的滲濾液相比，粘滯性較小的純水具有較高的滲透系數。實驗測得的土樣在Na+、Ca2+、Fe3+等金屬離子溶液中的滲透系數要高于在純水中的滲透系數。當離子溶液濃度增加時，粘土顆粒吸附離子的數量增多，一些結合較緊的水分子被陽離子替代，層間距離減小，導致粘土顆粒的凝聚，使得水流路徑變大，從而粘土的滲透系數就急劇增加。

（2）溶液中存在Fe3+時，滲透系數改變最大，增加幅度最大，這與高價金屬離子Fe3+對擴散雙電層的厚度壓縮較多有關。在粘土吸附高價金屬離子后，擴散雙電層的厚度將變小，在壓力作用下粘土顆粒趨于凝聚，顆粒之間的孔隙增大，形成較大的過水孔隙，使得滲透系數增加。

（3）混合溶液對粘土滲透系數的影響結果分析可知，高價金屬離子在高濃度時對滲透系數的影響最大。同樣是由于高價金屬離子的競爭吸附能力較強，活性較大，對粘土的滲透系數改變就比低價金屬離子大。

3 結論

3.1 相同濃度的離子溶液中，實驗離子對滲透系數的影響程度為：Fe3+>Ca2+>K+>Mg2+>Na+，高價離子對粘土滲透性狀的影響程度比低價離子的影響程度要大。

3.2 滲濾液中大量的離子成分對粘土土工性質的影響是一個復雜的過程，不垃圾填埋場中粘土襯墊在滲濾液中多種離子的長期影響下，其性狀會發生改變。本次研究可為粘土作為襯墊的適宜性提供依據。

參考文獻

[1]劉和平，鄭潔明，劉巧麗.鉛和鎘在粘土襯層中滲透，遷移，轉化的研究.環境科學研究，1997，10（4），56-60.

[2]胡中雄.土力學與環境土工學.上海：同濟大學出版社，1997.

作者簡介：張靜（1981-），女，江蘇徐州人，工程師，2007年畢業于中國礦業大學，碩士，2007年至今在江蘇地質礦產設計研究院從事工程地質、煤礦地質及環境地質等工作。endprint

摘 要：試驗研究了垃圾填埋場滲濾液中主要離子對粘土襯墊的影響，分析離子K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+5種金屬離子對粘土襯墊滲透性的影響規律。

關鍵詞：粘土；金屬離子；滲透性

劉和平等（1997）研究了鉛和鎘在粘土襯層中的滲透、遷移和轉化規律，發現溶液中離子對通過粘土層的滲透系數有一定影響，他指出混合溶液的滲透系數都比純水時的滲透系數低[1]。填理場產生的滲濾液將使填理場中粘土及下臥天然土層的組分、結構、孔隙等發生變化，從而導致土的強度、壓縮性、滲透性、塑性等有所改變。我國規范（《城市生活垃圾衛生填埋技術規范》（CJJ17-2004）等）中對粘土襯墊的要求都是針對未受污染的情況，粘土襯墊在填埋之后很難再修復。因此，針對粘土襯墊系統在滲濾液的長期作用下能否滿足規范中要求的滲透性和強度的問題，試驗研究了滲濾液中主要離子對粘土襯墊的影響，分析離子K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+5種金屬離子對粘土襯墊滲透性的影響規律。

1 金屬離子對粘土襯墊影響的實驗設計

1.1 實驗裝置設計

本次實驗的主要目的是，在模擬粘土襯墊裝置中，研究和確定滲濾液及金屬離子對粘土襯墊土工性質的影響。圖1是設計的模擬垃圾填埋場粘土襯墊裝置。在實驗裝置中，對壓實后的粘土直接進行滲流，滲流時間為一周，滲流溶液與壓實粘土層充分反應，實驗滲流過程與實際垃圾填埋場中滲濾液流經襯墊系統的過程比較接近。滲流液體分別是K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+的金屬離子溶液。

1.2 正交實驗設計

為了確定影響粘土性質變化的因素，實驗采用了正交實驗設計。

根據實驗目的及主要離子成分，選擇因素水平。選取K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+五個因素，每個因素有四個水平，即四個不同的濃度0.005mol/L、0.01mol/L、0.02mol/L和0.04mol/L。正交實驗安排按照正交表L16（45）（如表1-1）來安排。

1.3 實驗步驟

①分別配制不同濃度水平的KCl、NaCl、CaCl2、FeCl3、Mg（NO3）2溶液，得到濃度分別為0.005mol/L、0.01mol/L、0.02mol/L的 K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+溶液。將不同濃度的單離子溶液分別倒入各模擬實驗裝置中，并不斷加入溶液，對壓實粘土層進行滲流。滲流過程中，溶液中的金屬離子不斷和粘土顆粒發生作用，從而影響粘土層的塑性、滲透性和強度等土工性質。

② K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+五種金屬離子共同存在時，按照正交實驗設計，配制混合溶液，在粘土襯墊層進行滲流。粘土受到多種金屬離子的共同作用，其塑性、滲透性和強度等性質也將發生變化。

2 金屬離子對粘土滲透性的影響

粘土顆粒表面的離子分布以及雙電層的厚度估算實際是一個復雜的過程。土的結構凝聚較分散具有較高的強度，較低的壓縮性和較大的滲透性。因為當顆粒處于不規則排列狀態時，粒間的吸引力大，不容易相互移動[2]。

2.1 單離子對粘土滲透性的影響

當土樣的密度是1.69g/cm3時，實驗測得土樣在純水中的滲透系數為1.95×10-6cm/s。選擇0.005mol/L、0.01 mol/L、0.02 mol/L三種濃度的Na+、Ca2+、Fe3+溶液，以NaCl、CaCl2、FeCl3為試劑，配制溶液，并對土樣滲流，滲流時間為7d，圖2是實驗測定的土樣滲透系數值。實驗結果發現，溶液中金屬離子的種類、濃度對粘土滲透系數的影響有所不同。

從圖2數據，可以看出：

（1）總體趨勢上，土樣在Na+、Ca2+、Fe3+金屬離子溶液中的滲透系數要高于在純水中的滲透系數。土樣在純水中的滲透系數為1.95×10-6cm/s，而在金屬離子溶液中的滲透系數在2×10-6cm/s～7×10-6cm/s之間。

（2）滲透系數隨著溶液濃度的增加而升高。溶液中的金屬陽離子Na+、Ca2+、Fe3+，在粘土顆粒表面發生離子吸附和交換，不同濃度的金屬離子對應粘土的滲透系數不同。Na+、Fe3+濃度從0.005mol/L增加到0.02mol/L時，土樣的滲透系數分別從2.16×10-6cm/s、4.25×10-6cm/s增加到3.12×10-6cm/s、6.5×10-6cm/s。且溶液中存在Na+時，對滲透系數的影響不大，溶液中存在Fe3+時，土樣的滲透系數則改變較大，增加的最多。

2.2 多離子對粘土滲透性的影響

根據正交實驗中設計的16個混合溶液，壓實粘土土樣在這16個溶液中滲流7d后，取樣研究K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+多離子共存時對粘土滲透系數的影響，同時與上述的單離子溶液對粘土滲透系數的影響進行比較分析。

根據實驗結果（表2）交實驗理論，分析實驗結果。在第j列因素一定時，Kij（i=1，2，3，4）是在j因素（離子種類）條件下，溶液濃度分別在0.005mol/L、0.01mol/L、0.02mol/L、0.04mol/L時，金屬離子溶液作用土樣后，對應土樣滲透系數的平均值。① 實驗數據反映的一般規律：當溶液中金屬離子濃度較大時，對粘土的滲透系數影響比低濃度溶液時的影響大。比較K1j、K2j、K3j、K4j的值，如j=1時，K11、K21、K31、K41為Na+在0.005mol/L、0.01mol/L、0.02mol/L、0.04mol/L時土樣的滲透系數平均值，滲透系數隨著溶液濃度的增加而變大；② 對比實驗離子不同濃度條件下，對土體滲透性的影響程度。溶液中Na+的濃度在0.04mol/L時，對粘土滲透系數的影響最大，K+的濃度在0.02mol/L時，對粘土滲透系數的影響最大，Ca2+的濃度在0.02mol/L時，對粘土滲透系數的影響最大，而Fe3+、Mg2+濃度都在0.04mol/L時，對粘土滲透系數的影響最大；③ 確定離子種類對土體滲透性的影響。比較R的值，可知R4>R3>R2>R5>R1，R值的比較說明了各個因素即各離子對粘土滲透系數的影響程度。實驗離子對滲透系數的影響程度排序為：Fe3+>Ca2+>K+>Mg2+>Na+，高價離子對粘土的土工性質影響程度比低價離子要高。

2.3 機理分析

（1）理論上，土的滲透系數隨著流體容重的增加而增加，隨粘滯性的增高而降低。與含有豐富離子成分的滲濾液相比，粘滯性較小的純水具有較高的滲透系數。實驗測得的土樣在Na+、Ca2+、Fe3+等金屬離子溶液中的滲透系數要高于在純水中的滲透系數。當離子溶液濃度增加時，粘土顆粒吸附離子的數量增多，一些結合較緊的水分子被陽離子替代，層間距離減小，導致粘土顆粒的凝聚，使得水流路徑變大，從而粘土的滲透系數就急劇增加。

（2）溶液中存在Fe3+時，滲透系數改變最大，增加幅度最大，這與高價金屬離子Fe3+對擴散雙電層的厚度壓縮較多有關。在粘土吸附高價金屬離子后，擴散雙電層的厚度將變小，在壓力作用下粘土顆粒趨于凝聚，顆粒之間的孔隙增大，形成較大的過水孔隙，使得滲透系數增加。

（3）混合溶液對粘土滲透系數的影響結果分析可知，高價金屬離子在高濃度時對滲透系數的影響最大。同樣是由于高價金屬離子的競爭吸附能力較強，活性較大，對粘土的滲透系數改變就比低價金屬離子大。

3 結論

3.1 相同濃度的離子溶液中，實驗離子對滲透系數的影響程度為：Fe3+>Ca2+>K+>Mg2+>Na+，高價離子對粘土滲透性狀的影響程度比低價離子的影響程度要大。

3.2 滲濾液中大量的離子成分對粘土土工性質的影響是一個復雜的過程，不垃圾填埋場中粘土襯墊在滲濾液中多種離子的長期影響下，其性狀會發生改變。本次研究可為粘土作為襯墊的適宜性提供依據。

參考文獻

[1]劉和平，鄭潔明，劉巧麗.鉛和鎘在粘土襯層中滲透，遷移，轉化的研究.環境科學研究，1997，10（4），56-60.

[2]胡中雄.土力學與環境土工學.上海：同濟大學出版社，1997.

作者簡介：張靜（1981-），女，江蘇徐州人，工程師，2007年畢業于中國礦業大學，碩士，2007年至今在江蘇地質礦產設計研究院從事工程地質、煤礦地質及環境地質等工作。endprint

摘 要：試驗研究了垃圾填埋場滲濾液中主要離子對粘土襯墊的影響，分析離子K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+5種金屬離子對粘土襯墊滲透性的影響規律。

關鍵詞：粘土；金屬離子；滲透性

劉和平等（1997）研究了鉛和鎘在粘土襯層中的滲透、遷移和轉化規律，發現溶液中離子對通過粘土層的滲透系數有一定影響，他指出混合溶液的滲透系數都比純水時的滲透系數低[1]。填理場產生的滲濾液將使填理場中粘土及下臥天然土層的組分、結構、孔隙等發生變化，從而導致土的強度、壓縮性、滲透性、塑性等有所改變。我國規范（《城市生活垃圾衛生填埋技術規范》（CJJ17-2004）等）中對粘土襯墊的要求都是針對未受污染的情況，粘土襯墊在填埋之后很難再修復。因此，針對粘土襯墊系統在滲濾液的長期作用下能否滿足規范中要求的滲透性和強度的問題，試驗研究了滲濾液中主要離子對粘土襯墊的影響，分析離子K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+5種金屬離子對粘土襯墊滲透性的影響規律。

1 金屬離子對粘土襯墊影響的實驗設計

1.1 實驗裝置設計

本次實驗的主要目的是，在模擬粘土襯墊裝置中，研究和確定滲濾液及金屬離子對粘土襯墊土工性質的影響。圖1是設計的模擬垃圾填埋場粘土襯墊裝置。在實驗裝置中，對壓實后的粘土直接進行滲流，滲流時間為一周，滲流溶液與壓實粘土層充分反應，實驗滲流過程與實際垃圾填埋場中滲濾液流經襯墊系統的過程比較接近。滲流液體分別是K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+的金屬離子溶液。

1.2 正交實驗設計

為了確定影響粘土性質變化的因素，實驗采用了正交實驗設計。

根據實驗目的及主要離子成分，選擇因素水平。選取K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+五個因素，每個因素有四個水平，即四個不同的濃度0.005mol/L、0.01mol/L、0.02mol/L和0.04mol/L。正交實驗安排按照正交表L16（45）（如表1-1）來安排。

1.3 實驗步驟

①分別配制不同濃度水平的KCl、NaCl、CaCl2、FeCl3、Mg（NO3）2溶液，得到濃度分別為0.005mol/L、0.01mol/L、0.02mol/L的 K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+溶液。將不同濃度的單離子溶液分別倒入各模擬實驗裝置中，并不斷加入溶液，對壓實粘土層進行滲流。滲流過程中，溶液中的金屬離子不斷和粘土顆粒發生作用，從而影響粘土層的塑性、滲透性和強度等土工性質。

② K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+五種金屬離子共同存在時，按照正交實驗設計，配制混合溶液，在粘土襯墊層進行滲流。粘土受到多種金屬離子的共同作用，其塑性、滲透性和強度等性質也將發生變化。

2 金屬離子對粘土滲透性的影響

粘土顆粒表面的離子分布以及雙電層的厚度估算實際是一個復雜的過程。土的結構凝聚較分散具有較高的強度，較低的壓縮性和較大的滲透性。因為當顆粒處于不規則排列狀態時，粒間的吸引力大，不容易相互移動[2]。

2.1 單離子對粘土滲透性的影響

當土樣的密度是1.69g/cm3時，實驗測得土樣在純水中的滲透系數為1.95×10-6cm/s。選擇0.005mol/L、0.01 mol/L、0.02 mol/L三種濃度的Na+、Ca2+、Fe3+溶液，以NaCl、CaCl2、FeCl3為試劑，配制溶液，并對土樣滲流，滲流時間為7d，圖2是實驗測定的土樣滲透系數值。實驗結果發現，溶液中金屬離子的種類、濃度對粘土滲透系數的影響有所不同。

從圖2數據，可以看出：

（1）總體趨勢上，土樣在Na+、Ca2+、Fe3+金屬離子溶液中的滲透系數要高于在純水中的滲透系數。土樣在純水中的滲透系數為1.95×10-6cm/s，而在金屬離子溶液中的滲透系數在2×10-6cm/s～7×10-6cm/s之間。

（2）滲透系數隨著溶液濃度的增加而升高。溶液中的金屬陽離子Na+、Ca2+、Fe3+，在粘土顆粒表面發生離子吸附和交換，不同濃度的金屬離子對應粘土的滲透系數不同。Na+、Fe3+濃度從0.005mol/L增加到0.02mol/L時，土樣的滲透系數分別從2.16×10-6cm/s、4.25×10-6cm/s增加到3.12×10-6cm/s、6.5×10-6cm/s。且溶液中存在Na+時，對滲透系數的影響不大，溶液中存在Fe3+時，土樣的滲透系數則改變較大，增加的最多。

2.2 多離子對粘土滲透性的影響

根據正交實驗中設計的16個混合溶液，壓實粘土土樣在這16個溶液中滲流7d后，取樣研究K+、Na+、Ca2+、Fe3+和Mg2+多離子共存時對粘土滲透系數的影響，同時與上述的單離子溶液對粘土滲透系數的影響進行比較分析。

根據實驗結果（表2）交實驗理論，分析實驗結果。在第j列因素一定時，Kij（i=1，2，3，4）是在j因素（離子種類）條件下，溶液濃度分別在0.005mol/L、0.01mol/L、0.02mol/L、0.04mol/L時，金屬離子溶液作用土樣后，對應土樣滲透系數的平均值。① 實驗數據反映的一般規律：當溶液中金屬離子濃度較大時，對粘土的滲透系數影響比低濃度溶液時的影響大。比較K1j、K2j、K3j、K4j的值，如j=1時，K11、K21、K31、K41為Na+在0.005mol/L、0.01mol/L、0.02mol/L、0.04mol/L時土樣的滲透系數平均值，滲透系數隨著溶液濃度的增加而變大；② 對比實驗離子不同濃度條件下，對土體滲透性的影響程度。溶液中Na+的濃度在0.04mol/L時，對粘土滲透系數的影響最大，K+的濃度在0.02mol/L時，對粘土滲透系數的影響最大，Ca2+的濃度在0.02mol/L時，對粘土滲透系數的影響最大，而Fe3+、Mg2+濃度都在0.04mol/L時，對粘土滲透系數的影響最大；③ 確定離子種類對土體滲透性的影響。比較R的值，可知R4>R3>R2>R5>R1，R值的比較說明了各個因素即各離子對粘土滲透系數的影響程度。實驗離子對滲透系數的影響程度排序為：Fe3+>Ca2+>K+>Mg2+>Na+，高價離子對粘土的土工性質影響程度比低價離子要高。

2.3 機理分析

（1）理論上，土的滲透系數隨著流體容重的增加而增加，隨粘滯性的增高而降低。與含有豐富離子成分的滲濾液相比，粘滯性較小的純水具有較高的滲透系數。實驗測得的土樣在Na+、Ca2+、Fe3+等金屬離子溶液中的滲透系數要高于在純水中的滲透系數。當離子溶液濃度增加時，粘土顆粒吸附離子的數量增多，一些結合較緊的水分子被陽離子替代，層間距離減小，導致粘土顆粒的凝聚，使得水流路徑變大，從而粘土的滲透系數就急劇增加。

（2）溶液中存在Fe3+時，滲透系數改變最大，增加幅度最大，這與高價金屬離子Fe3+對擴散雙電層的厚度壓縮較多有關。在粘土吸附高價金屬離子后，擴散雙電層的厚度將變小，在壓力作用下粘土顆粒趨于凝聚，顆粒之間的孔隙增大，形成較大的過水孔隙，使得滲透系數增加。

（3）混合溶液對粘土滲透系數的影響結果分析可知，高價金屬離子在高濃度時對滲透系數的影響最大。同樣是由于高價金屬離子的競爭吸附能力較強，活性較大，對粘土的滲透系數改變就比低價金屬離子大。

3 結論

3.1 相同濃度的離子溶液中，實驗離子對滲透系數的影響程度為：Fe3+>Ca2+>K+>Mg2+>Na+，高價離子對粘土滲透性狀的影響程度比低價離子的影響程度要大。

3.2 滲濾液中大量的離子成分對粘土土工性質的影響是一個復雜的過程，不垃圾填埋場中粘土襯墊在滲濾液中多種離子的長期影響下，其性狀會發生改變。本次研究可為粘土作為襯墊的適宜性提供依據。

參考文獻

[1]劉和平，鄭潔明，劉巧麗.鉛和鎘在粘土襯層中滲透，遷移，轉化的研究.環境科學研究，1997，10（4），56-60.

[2]胡中雄.土力學與環境土工學.上海：同濟大學出版社，1997.

作者簡介：張靜（1981-），女，江蘇徐州人，工程師，2007年畢業于中國礦業大學，碩士，2007年至今在江蘇地質礦產設計研究院從事工程地質、煤礦地質及環境地質等工作。endprint