文摘

石油泄漏不仅会污染土壤,也改变其物理力学行为,和黄土环境中石油的存在复杂的属性。人工黄土被收集柴油污染为研究对象。干净的黄土的物理力学性质和受污染的黄土,包括液体和塑性极限,渗透率、压缩性能和抗压强度特性,估计通过一系列实验室测试在不同油内容、含水量和干密度。结果表明,液体限制,塑料限制,diesel-contaminated黄土的渗透系数降低含油量的增加。diesel-contaminated黄土的压缩模量和抗压强度随着干密度的增加而增加的含油量。添加柴油、无侧限抗压强度的变化规律受污染的黄土是相反的两个不同的含水量。压缩模量的变化和无侧限抗压强度的柴油受到石油污染的黄土在同一条件基本上是相同的。这项研究的发现将理论和实践之间的桥梁在治疗和修复被污染的土壤在该地区的石油生产。

1。介绍

石油泄漏意外在大多数情况下,如石油开发、运输管道损坏,沿海设施排放,和油罐事故。被石油污染的土壤和水泄漏的情况越来越严重(1,2]。石油泄漏导致土壤和环境污染事件频繁,这是一个严重的问题在世界范围内(3]。漏油不仅污染土壤,也改变其物理和机械性能4- - - - - -6]。

最大的石油污染是由科威特海湾战争历史上大规模地水和原油(严重污染的土地7,土壤污染,石油泄漏的问题被学者们越来越关注。Alsanad et al。8,9]执行一系列测试考虑油的老化,研究了影响原油科威特砂的物理和机械性能,并发现受到石油污染的科威特砂的物理和力学性能会受到含油量和油的老化。Nasr [10)进行了实验室测试评估含油量的影响受到石油污染的沙子和承载力特性的基础上的解决,发现基础的荷载沉降特性和极限承载力可以显著减少了石油污染。卓别林et al。11]研究了强度、压缩、原油和渗透率特征受到石油污染的沙子和获得强度和渗透率的降低和增加石油的污染砂的压缩系数增加的内容。Aiban [12)得出的结论是,含水量和温度有一定影响的物理和力学性能受到石油污染的沙子。Al-Aghbari et al。13]显示,最佳含水量,降低渗透率,内摩擦角,和沙子被石油污染的力量。Abousnina et al。14)研究的物理和力学性能受污染的细沙和得出结论,水吸收,渗透和砂的抗剪强度降低石油的增加内容。Ostovar et al。15)进行了一系列的实验室测试研究原油污染对渗透性能的影响和承载力。法等。16)研究的强度和承载力特征受到石油污染的沙子通过直剪试验和条形浅基础的承载力测试,结果表明,含油量有重要影响的剪切强度和承载力特性的沙子。在上述研究中,沙子被石油污染的物理力学行为基本上是相同的。

但是,研究者们也评估其他类型的物理力学行为受到石油污染的土壤中。Khamehchiyan et al。17]研究了砂土和粘性土的岩土性质被原油污染。拉赫曼et al。18)准备受到石油污染的土壤样品通过混合脱水残积土和石油和实验室进行测试。他们发现石油污染导致恶化的岩土性质的土壤样本,并与清洁残积土、最大干密度、最佳含水量,透气性,抗剪强度降低。郑et al。19,20.]研究了柴油的物理和机械性能受到石油污染由混合脱水粉质粘土和粉质粘土不同数量的石油。他们报告说,最大干密度、最佳含水量,和渗透率的降低,样品的污染程度的增加;同时,无侧限抗压强度的变化与石油有关内容和含水量的样品。Safehian et al。21)准备通过混合干粘土和柴油污染土壤样品,进行了一系列的实验室测试,发现粘土的物理力学行为相对复杂下柴油污染。Khosravi et al。22)进行了一系列的实验室检测污染高岭土样品的制备与汽油混合干高岭土。他们观察到有一个减少的内摩擦角gasoline-contaminated高岭土样品,凝聚力增强,抗剪强度略有改变。谢et al。23和李et al。24)进行无侧限抗压强度试验研究油污染沿海盐渍土的强度和变形特征样本混合油与滨海盐渍土的含水量。伊克巴尔et al。25)进行了一系列的实验室测试研究渗透率和低塑性土壤的力学性能。基于上述研究,物理力学行为相对复杂,不同类型的土壤,土壤细粒度的土、粘土、高岭土等。

石油泄漏污染已经严重的黄土地区黄土的石油生产,这总是发生。然而,在不同类型的土壤石油污染的研究,信息几乎没有处理受到石油污染的黄土的物理力学行为的评价。作为一个典型的有机污染土壤,石油泄漏污染必然会有一定的对黄土的物理力学性质的影响。因此,评估受到石油污染的黄土的物理力学行为在不同的实验室测试条件下是必要的。

2。问题的范围

中国陕西北部地区有丰富的石油资源,是一个重要的能源基地。然而,其生态环境非常脆弱,水土流失严重。此外,近年来,石油开采规模的扩大和开采技术落后、资源勘探和开发造成的污染整个地区的生态环境正变得越来越严重。黄土的主要土壤类型在这个地区,广泛分布。在该地区的石油生产、环境问题造成的石油勘探、开发、运输和存储迫切需要解决。黄土原油泄漏造成的污染一直是普遍关注的问题。基于石油污染防治技术的研究黄土地区的石油生产,受到石油污染的黄土的物理力学行为进行了解石油污染对黄土的性质的影响。本研究为进一步的研究提供技术支持的承载能力和有效的补救受到石油污染的网站在黄土地区石油生产和提供了一个强有力的保证更合理、有效开发利用的土地。

3所示。实验的程序

3.1。材料

在这项研究中,纯从施工现场收集的黄土是黄土地区边坡工程的陕西北部的石油产量,和土样的采集的深度是2.5 - -3.5米。黄土是一种典型的非饱和土进行实验室测试,如图1(一)。黄土样品的属性相对统一,及其主要物理参数如表所示1。

柴油来自中国石化集团被选为典型代表的石油,见图1 (b)。原油泄漏后,原油的粘度决定渗透在同一地区。石油的粘度越大,其渗透黄土的能力越弱。柴油是轻非水相液体的一部分,其粘度远低于原油,它有更大的潜在污染。此外,柴油占很大比重的原油中提炼出来的产品,这是一个典型的燃油分馏。柴油也很难挥发在测试环境;它相对更安全的进行一系列的实验室测试。与柴油相比,汽油是非常不稳定的室温下,测试期间更危险。表2介绍了柴油的基本参数。

3.2。方法

黄土受石油污染的过程可能会很长,而且它逐渐达到一定含油状态黄土在各种因素的影响下。含油量是指单位质量黄土的比例的柴油,柴油质量的比值,清洁干燥的黄土在受到石油污染的黄土中质量(26]。根据相关文献的研究方法(27- - - - - -30.),石油污染土壤的内容的价值范围是0 - 20%在文献[21,22]。石油污染土壤的内容代表的污染程度。含油量增加从0到16%,模拟黄土的污染程度逐渐增加。因此,石油污染的黄土的内容范围从0到16%在这项研究中,这是准备通过添加柴油与纯定量计算黄土与已知的含水量。为了研究水含量的影响受到石油污染的黄土的物理力学行为,两种常用水黄土样品被认为是在这个手稿的内容。和12%的天然含水量黄土样品,和19.6%的最佳含水量,这奠定了基础研究受到石油污染的黄土的其他属性。

根据GB / T 50123 - 2019 (31日),界限含水量试验,渗透测试,压缩试验和无侧限抗压强度测试是用于研究清洁和受到石油污染的黄土的物理力学行为。为了避免温度对测试结果的影响,这个测试是在室温下进行20°C。这些测试的标准样本的大小是根据GB / T 50123 - 2019。

界限含水量试验进行了清洁和石油污染黄土与不同的内容( ,2%,4%,8%,12%,16%)的重量干燥的黄土。经过7天的统一老化diesel-contaminated黄土,每个样本制备不同土壤粘贴三测试的一致性,确保每个样本的下沉深度4 - 5,9,分别和16毫米。根据GB / T 50123 - 2019,每个受到石油污染的塑料限制和液体限制黄土与2和17毫米用作水含量,分别。渗透性测试在干净的黄土,diesel-contaminated黄土不同石油内容( ,2%,4%,8%,12%,16%)和干密度( ,1.45和1.55克/厘米³),样本的大小 。

根据GB / T 50123 - 2019,清洁和污染的标本大小黄土 在压缩测试。垂直逐步加载方法是采用压缩测试,压力范围50,100,200,400,和800 kPa,每个水平荷载下的变形的样品记录。无侧限抗压强度试验进行了黄土标本,标本大小 。测量戒指的系数是1.0993 N / 0.01毫米,和剪切率为0.368毫米/分钟。然后,应力值测量每0.1毫米区间变形,最大轴向应力是用作diesel-contaminated黄土的无侧限抗压强度。压缩试验和无侧限抗压强度试验是进行样品的不同含水量(自然含水量 和最优含水量 ),石油内容( ,2%,4%,8%,12%,和16%),干密度( ,1.45和1.55克/厘米³)。

3.3。样品制备

Diesel-contaminated黄土标本由直接混合柴油和纯粹的黄土,柴油的良好的流动性。准备受到石油污染的黄土标本7天被放置在一个封闭的容器,使油和土壤充分接触和均匀混合。在此期间,容器应该颠倒的底部,防止柴油积累在重力的作用下形成一个标本在不均匀的浓度。图2显示了黄土污染前后柴油的12%。

值得注意的是,在这项研究中采用的样品制备方法。提出了图3样品制备的方法是,风干清洁黄土经过筛2毫米。两种水含量( ,19.6%)准备通过添加蒸馏水风干清洁黄土。黄土样品代表24小时后,定量添加柴油是准备与含油量受污染的样品(从2%到16%)。然后,受到石油污染的样本被放置在一个封闭的容器为7天,站在室温20°C。在此期间,容器是颠倒的均匀混合柴油和黄土。

4所示。结果与讨论

4.1。液体和塑料污染黄土的极限

黄土的主要物理状态特征的一致性,即黄土的软、硬程度或其抗变形或损坏由外力引起的。界限含水量或黄土的一致性的特点是液体限制(LL),塑料限制(PL),塑性指数(PI)。准确测量受到石油污染的多孔介质的含水量对这项研究很重要的物理、化学、机械、水力性能(32]。由于柴油的孔隙流体的复杂性受污染的黄土,传统的计算公式不适合diesel-contaminated黄土的水含量的测定。因此,含水量可以由以下方程: 在哪里是diesel-contaminated黄土的水分含量,的质量是干黄土和水的质量, ,将它引入方程(1): 在哪里是湿的质量受污染的黄土,是其他挥发性物质的质量除了水,干燥后的质量是diesel-contaminated黄土, ;然后, 在哪里干燥前的含油量diesel-contaminated黄土,是柴油干燥后剩余内容。方程(4由方程()可以推导出3), :

用方程(3)和(4)方程(2):

因此,方程(5)应用于确定diesel-contaminated黄土试样的含水量在所有测试的研究。

黄土的界限含水量不同的柴油污染内容决定评估污染对土壤的物理性质的影响。液体和塑料diesel-contaminated黄土的极限之间的关系和石油内容呈现在图4。

从图可以看出4、液体限制(LL),塑料限制(PL),塑性指数(PI)降低含油量的增加。PL的变化范围和LL diesel-contaminated黄土是18.37% -32.18%,-20.51%和28.88%,分别为石油内容从0增加到16%。此外,πdiesel-contaminated黄土的范围是10.51 - -11.67,这温和的变化比和PL。

黄土的π表明当黄土含水量的范围是塑料。π(黄土越高,可以吸收更多的水(33]。减少π黄土被发现柴油污染的研究,在研究的协议Khamehchiyan et al。17)和Khosravi et al。22),但与Kermani和伊巴迪的结果不一致34]。双层水的存在会导致黄土的可塑性。最里面的一层双层土壤吸附水强烈了。这种取向的粘土颗粒周围的水给土壤其塑料特征(35]。竞争吸附和强极性的水分子与共存观察到受污染的水和油的黄土,和部分柴油将吸附在土壤颗粒的表面。土壤颗粒和水分子之间的关系减弱,石油分子信封土壤颗粒。水对土壤颗粒的需求达到一个塑料或流动状态减少随着弱结合水层变得更薄。因此,柴油的存在导致的减少和PL。

4.2。受污染的黄土渗透性

黄土的渗透是一个全面的反映了土壤属性。当柴油污染了,黄土的渗透将改变。渗透测试进行了研究水diesel-contaminated黄土的物理性质在不同油内容和干密度。图5介绍了diesel-contaminated黄土的渗透系数之间的关系和石油的内容。

图5说明diesel-contaminated黄土的渗透系数逐渐降低含油量增加的干密度。当含油量低( ),黄土的渗透系数被柴油污染大大降低,最大限度的减少是约93%的干密度1.45克/厘米³。diesel-contaminated黄土的渗透系数的减少相对较小的干密度1.55克/厘米³当含油量超过4%。此外,渗透系数降低6.5%,含油量范围从4%到16%。diesel-contaminated黄土逐渐压实随干密度的增加在同一含油量。黄土颗粒之间的孔隙减少;因此,diesel-contaminated黄土的渗透系数降低。而干净的黄土,diesel-contaminated黄土的渗透系数是显著降低;因此,黄土的渗透性降低柴油污染。这些研究结果是一致的与那些通过Al-Aghbari et al。13)和Abousnina et al。14]。为黄土具有相同特征(在本研究中,外部环境温度、颗粒组成、孔隙水的化学成分不变),影响其渗透率的主要因素是颗粒大小分布、矿物成分和孔隙度。柴油作为另一个流体进入毛孔的土壤颗粒填充在同一含水量和干密度。土壤的孔隙度的减少导致渗透系数的降低(36,37]。当柴油进入土壤颗粒的毛孔,它不会与水流动和渗透,集聚效应将发生。此外,土壤颗粒将被阻塞的毛孔。水也有部分柴油在土壤中克服阻力的石油通过毛孔,和油和水两相渗流渗流流体的粘度增加。因此,渗透系数急剧下降,重要的是黄土渗透性由柴油污染。

4.3。受污染的黄土的压缩特性

土的压缩系数通常是评估的压缩系数对应的压力范围50,100,200,400,和800 kPa,每个水平荷载下的变形的样品记录。压缩模量是指垂直附加应力和相应的应变之比样本条件下的侧向约束,可以用来评估压缩性土的压缩系数。压缩系数( )和压缩模量( )可以由以下方程: 在哪里受污染的黄土试样的初始孔隙比,压缩后试样的孔隙比和稳定(竖向荷载作用下 ),和压缩后的孔隙比和稳定(竖向荷载作用下 )。

4.3.1。干密度对压缩性能的影响

diesel-contaminated黄土的压缩系数和压缩模量与不同干密度数据所示6和7,分别。

如图6(一),在 ,最初diesel-contaminated黄土的压缩系数降低,然后增加,然后逐渐随石油含量的增加而减小。它显著的波动 克/厘米³因为柴油污染有显著影响黄土的压缩系数与干密度较低。diesel-contaminated黄土的压缩系数随干密度的增加而减小的含油量。而干净的黄土,上下波动diesel-contaminated黄土的压缩系数的提高含油量在同一干密度。图6 (b)表明,最初diesel-contaminated黄土的压缩模量增加然后减少石油的增加内容( ),这是相反的变化压缩系数相同的条件。

图7(一)说明diesel-contaminated黄土的压缩系数的增加最初增加然后减少含油量三干密度。diesel-contaminated黄土的压缩系数与不同石油内容变化从0.5 MPa⁻¹到1.4 MPa⁻¹在 克/厘米³,指的是受污染的黄土的高压缩,因为柴油的影响。而干净的黄土,diesel-contaminated黄土的压缩系数基本上是大,当石油含量小于8%。然而,逐渐小于时清洁黄土含油量超过8%。如图7 (b),它可以显示,最初柴油受到石油污染的黄土的压缩模量降低,然后增加而增加含油量在同一密度。条件下的 克/厘米³黄土的压缩模量从6.9 MPa提高到15 MPa,比上年增长117%。然而,压缩模量的变化是相对温和的 克/厘米³和1.55克/厘米³。因此,这一结果是与diesel-contaminated黄土压缩系数的变化规律,这是符合实际情况。

4.3.2。水分含量对压缩性能的影响

基于上述试验结果的分析和总结,可以观察到某种关系diesel-contaminated黄土的压缩特性和水之间的内容diesel-contaminated黄土。在 和 ,曲线diesel-contaminated黄土的压缩系数和压缩模量的增加石油内容是绘制在图8。

如图8,diesel-contaminated黄土的压缩特性有不同在不同含水量下的变化规律。在 ,最初被污染的黄土的压缩系数降低,然后增加,然后降低石油的增加内容(0到16%)。一切都达到最低当石油含量接近4%,达到最大值时,含油量在三种不同干密度接近9%。然而,受污染的黄土压缩系数的增加最初然后随含油量的增加而减小 ,这一切达到最大值时,含油量在不同干密度达到5%。

它还可以看出石油含量从0%增加到8%,和diesel-contaminated黄土的压缩系数的变化是相对于两个不同的含水量。当含油量超过8%,它具有相同的变化规律,表明与含油量的增加减少。相比于diesel-contaminated黄土 ,diesel-contaminated黄土的压缩系数 略有变化,这基本上是一条直线与含油量的增加。因此,当diesel-contaminated黄土的水分含量大,压缩系数的变化是显而易见的。相比之下,当含水量很低,和干密度大,压缩系数的变化并不明显。然而,随着石油含量的增加,压缩模量的变化规律与两个不同的含水量是相反的diesel-contaminated黄土的压缩系数相同干密度。

4.4。Diesel-Contaminated黄土的抗压强度特征

4.1.1。干密度对无侧限抗压强度的影响

黄土与石油污染的无侧限抗压强度测试内容进行了从0到16%,和测试结果进行了分析。无侧限抗压强度之间的关系( )diesel-contaminated黄土和含油量是如图9和10分别在三个不同的干密度。

图9表明diesel-contaminated黄土具有相同含油量有一个显著的无侧限抗压强度( )当干密度高 。无侧限抗压强度变化的一般规律与diesel-contaminated黄土是它的含油量达到最大值,当油含量接近2%。考虑到柴油具有一定的粘度,以及diesel-contaminated黄土的含油量低,其粘度大于土壤颗粒之间的孔隙水的粘度,粘度的增加黄土颗粒。与石油含量的增加,最初无侧限抗压强度降低。当含油量超过8%,它增加缓慢。由于柴油的粘度,土壤颗粒之间的接触,从而形成一个pseudoviscosity [38),柴油是黄土的抗压强度的主要因素。而干净的黄土,黄土污染的无侧限抗压强度更大,除了污染黄土含油量为8%。这些测试的结果类似于压缩测试的结果。鉴于石油含量的增加,压缩模量的变化和无侧限抗压强度的柴油受到石油污染的黄土在相同干密度是一致的。

如图10diesel-contaminated黄土,干密度越高,密度是相同,无侧限抗压强度越大( )将在 。无侧限抗压强度的变化规律受污染的黄土最初降低,然后增加,减少与含油量的增加逐渐在三个不同的干密度。当含油量为4%,受污染的黄土的无侧限抗压强度达到最小值 克/厘米³和1.45克/厘米³,它显示了一个最小值与石油污染的黄土内容接近3% ( 克/厘米³),而它到达时的峰值点油含量接近8%。较干净的黄土,diesel-contaminated黄土的无侧限抗压强度随着石油内容基本上是低 克/厘米³,1.45克/厘米³, 克/厘米³。油含量范围从0到12%时,压缩模量的变化规律和无侧限抗压强度受污染的黄土压缩测试在同一干密度是一致的。

10/24/11。水对无侧限抗压强度的影响特征

无侧限抗压强度试验是进行污染样品的不同含水量( ,19.6%);diesel-contaminated黄土的失效模式是不同的。diesel-contaminated的典型故障模式两种不同含水量下黄土( ,19.6%)所示的数据11和12,分别。

通过比较数据11和12,diesel-contaminated黄土样品发生迅速的失败 。试样压缩后,小斜裂缝没有开始出现和扩大深度渗透。同时,少量的垂直微裂隙发生的样本,然后,压力的增加,样品的裂缝迅速穿透间接,大部分样品都突然损坏,破碎成多个块。见文献[39- - - - - -41),失效模式有一定规律性。压裂和破坏形式的样本显示不同的特征在不同的测试条件下(42,43]。与柴油相比受到石油污染的黄土样品( ),样品的裂缝渗透率相对较慢 。首先,样本出现小裂纹,然后逐渐扩大。斜裂缝逐渐渗透形成断裂表面,和样品损坏。

分析的基础上的无侧限抗压强度试验结果diesel-contaminated黄土在两个不同的含水量,无侧限抗压强度( )曲线diesel-contaminated黄土不同油内容和干密度图所示13。

尽管黄土样品的污染程度是相同的在两个不同的含水量,首先结合脱水黄土水形成某些内容( ,19.6%),然后添加柴油污染黄土样品做准备。在图13,无侧限抗压强度最初显示了一个增加的趋势,降低,然后增加石油的增加内容( )。当含油量低,柴油填充土壤颗粒的毛孔,和它的粘度大于样本的填充孔隙水;因此,柴油的粘度增加土壤颗粒(17]。因此,作为diesel-contaminated黄土的胶结能力增强,无侧限抗压强度也在不断增加。当diesel-contaminated黄土的石油含量继续增加,土壤颗粒的毛孔会逐渐填满。此外,柴油的粘度小于自己的润滑效果,和土壤颗粒之间的相对滑动变得容易,无侧限抗压强度的降低柴油受到石油污染的黄土。

鉴于含水量的影响,黄土的无侧限抗压强度在同等条件下是不同的。而被污染的黄土 ,无侧限抗压强度随含油量的增加而减小 。黄土最初与水结合,形成双层水在土壤颗粒之间。水分子接近土壤颗粒的表面受到电场力的影响(44]。此外,它形成强烈束缚水在土壤颗粒表面,水分子的安排大约是固定的。黄土逐渐失去了液体的特点和接近固体特征(45]。因此,被污染的黄土的抗压强度 相对比,在吗 。石油含量处于低水平时,无侧限抗压强度的波动明显增加的含油量。当diesel-contaminated黄土的水分较少,抗压强度的变化是明显的在同一条件。然而,高含水量和干密度低,抗压强度的变化不明显。因此,两种不同含水量下,无侧限抗压强度的变化规律与增加的石油污染的黄土内容相反的干密度。

5。结论

为了更好地评价黄土的物理力学性质由柴油污染,一系列的实验室测试在不同的测试条件下进行。结论如下:(1)柴油污染改变了黄土的物理力学性质,界限含水量和黄土渗透性受含油量的影响。而干净的黄土,减少存在于液体限制(LL),塑料限制(PL),塑性指数(PI), diesel-contaminated黄土的渗透系数增加石油的内容(2)黄土的压缩特性的变化引起的柴油泄漏污染是复杂的。diesel-contaminated黄土的压缩系数随干密度的增加而减小。当干密度大,含水量低,压缩系数的变化并不明显,但压缩模量的变化规律相反(3)受到石油污染的黄土的干密度越高,其抗压强度更大的石油将在同一内容。受污染的黄土的水分也对其抗压强度特性有很大的影响。在两种不同含水量( ,19.6%),无侧限抗压强度的变化规律受污染的黄土与含油量的增加对相同干密度(4)无侧限抗压强度测试的结果类似于压缩测试的结果。与石油含量的增加,压缩模量的变化规律和无侧限抗压强度的柴油受到石油污染的黄土在同等条件下是相似的

数据可用性

所有的数据用于支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究得到了国家自然科学基金(41877278),中国地质调查局(没有。DD20190268),陕西的主要研发项目(2020号zdlgy07-03)。