酸碱污染下花岗岩残积土蒸发开裂机制及其环境地质效应研究

针对酸碱污染对土壤稳定性的影响问题，研究人员通过模拟不同pH溶液浸泡花岗岩残积土（GRS），系统探究了酸碱污染对土壤蒸发特性及干缩开裂的调控机制。结果表明，pH升高加速蒸发速率（pH 13时恒定蒸发阶段占比69.0%），极端酸碱环境显著提升裂纹率（pH 13时裂纹率较中性条件增加305.31%）。研究揭示了电双层（EDL）厚度与接触角的负相关性，为酸碱性污染区水文地质风险评估提供了理论依据。

　　

随着工业化进程加速，土壤化学污染已成为全球性环境挑战。中国南方广泛分布的花岗岩残积土（GRS）因热带气候和工业活动影响，面临严峻的酸碱污染威胁。这类污染不仅破坏土壤结构，更会通过改变水分运移诱发地质灾害。尽管前人研究了酸碱污染对土壤渗透性、剪切强度等参数的影响，但其对蒸发-开裂耦合过程的作用机制尚不明确。广州研究院的研究团队在《Geomechanics for Energy and the Environment》发表论文，首次系统揭示了不同pH化学溶液对GRS蒸发动力学和裂纹演化的调控规律。

研究采用恒温蒸发实验结合图像处理技术，通过28天pH梯度（3-13）溶液浸泡处理GRS样本，监测50℃条件下的蒸发速率与裂纹发育。关键发现包括：碱性环境（pH 13）使土壤蒸发恒定速率阶段缩短至69.0%，同时裂纹率暴增305.31%；酸性条件（pH 3）虽裂纹增幅较低（56.56%），但显著改变电双层（EDL）结构。研究创新性建立了EDL厚度与接触角的定量关系，为污染土壤水文模型提供了新参数。

土壤样本制备
选用珠海GRS样本，主要含石英、高岭石等矿物。通过X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）表征微观结构，证实酸碱污染会溶解黏土矿物并改变孔隙分布。

酸碱污染土壤蒸发特性
蒸发过程呈现三阶段特征：恒定速率阶段占比随pH升高递减（pH 3时78.9%→pH 13时69.0%），表明碱性环境加速水分输运。接触角测试显示pH 13溶液使土壤亲水性增强，这与EDL厚度减小直接相关。

讨论
酸性环境中H⁺压缩EDL导致颗粒间距减小，阻碍水分迁移；而OH^-在碱性条件下引发矿物溶解，形成更多纳米孔隙通道。裂纹分形维数分析证实pH 13时FD增加9.52%，反映裂纹网络复杂化。

结论
该研究阐明酸碱污染通过改变EDL结构-矿物组成-孔隙网络的级联效应调控GRS蒸发开裂行为。提出的EDL厚度评估方法可应用于污染场地稳定性预测，对南方酸雨区和工业污染区的地质灾害防治具有重要指导价值。研究成果获国家自然科学基金（42277142）支持，为环境岩土工程领域提供了创新性理论工具。