缺陷复合截污墙中污染物迁移与性能评估：离心试验与数值模拟揭示界面传输机制

本研究针对复合土工膜-膨润土截污墙(CGSB)施工缺陷导致的污染物泄漏风险，通过离心试验和数值模拟揭示了缺陷界面处的污染物传输行为。研究发现，即使微小缺陷(占比6.25/10000)也会因界面侧向流显著增加泄漏量和污染范围；突破点分别出现在SB墙浅部与CGSB墙缺陷中心，虽未显著延长突破时间但使污染物通量降低80.15%。该研究为地下污染屏障工程设计提供了关键参数和理论依据。

　　

随着城市化进程加速，地下水与土壤污染问题日益严峻。垂直截污墙作为污染场地修复的关键屏障技术，其性能直接影响环境安全。复合土工膜-膨润土截污墙(CGSB)因兼具土工膜的低渗透性和膨润土的化学稳定性，被视为当前最有效的屏障之一。然而实际工程中，土工膜在施工过程中难以避免会出现穿孔、接缝密封不良等缺陷，这些微小缺陷如何影响污染物传输行为？界面侧向流会否放大污染风险？这些问题长期缺乏系统研究。更棘手的是，传统实验室测试无法还原现场应力条件，而现场试验又耗时耗力，导致CGSB墙的性能评估存在重大技术瓶颈。

为破解这些难题，浙江大学的研究团队创新性地采用离心模型试验结合数值模拟方法，首次系统研究了缺陷CGSB墙中氯离子(Cl^-)的迁移规律。相关成果发表在岩土工程领域权威期刊《Soils and Foundations》上。研究通过建立包含含水层、弱透水层的完整地层模型，模拟了实际应力场；采用0.4mmHDPE模拟原型1-3mm土工膜，设置10cm×1mm缺陷；同步开展SB墙对照试验；通过孔隙压力传感器、土压力盒等监测系统获取应力-渗流数据；结合COMSOL多物理场仿真，建立了考虑应力依赖性的污染物传输模型。

研究结果部分，《水平有效应力》显示：离心试验获得的SB墙应力分布与现场监测结果吻合，验证了试验可靠性；而CGSB墙深部应力随深度递增，与SB墙的"先增后减"分布明显不同，表明土工膜改变了侧壁摩擦导致的拱效应。《截污墙渗漏》章节发现：尽管缺陷面积仅占0.0625%，但CGSB墙等效渗透系数(k)仍达SB墙的47.16%，电镜观察证实上游砂粒侵入缺陷形成褶皱(10cm×1.2cm)，显著扩大了渗漏通道。《孔隙度分布》揭示：SB墙孔隙度(n)在浅部最大(0.55)、深部最小(0.45)，符合拱效应理论；而CGSB墙深部n持续降低，反映土工膜削弱了应力拱效应。《污染物浓度分布》显示：SB墙污染物在浅部富集(C/C₀=0.40)，CGSB墙则在缺陷中心形成污染热点(C/C₀=0.37)，但后者整体污染面积减少80.15%。

通过《数值模拟》，研究团队首次量化了土工膜/SB墙界面透水率(θ=4.98×10^-10m²/s)，该值介于土工膜/压实粘土衬垫(CCL)与土工膜/土工合成粘土衬垫(GCL)之间。模拟结果与试验高度吻合，证实建立的"将完整土工膜简化为边界条件+缺陷处设置透水层"的多尺度建模方法有效。

结论部分指出：1)界面侧向流会使微小缺陷产生"放大效应"，实际污染风险被显著低估；2)CGSB墙虽不能显著延长突破时间，但可将污染通量降低约80%，仍是更优选择；3)离心试验能准确还原原型应力条件，为类似研究提供方法论参考；4)提出的界面透水率参数填补了该领域数据空白。这些发现为地下污染屏障的优化设计提供了重要理论支撑，尤其对高风险污染场地的屏障选型具有指导价值。研究同时指出，未来需针对重金属等非保守性污染物开展研究，并建议通过生物堵塞等技术减缓污染物导致的材料性能退化。

该研究的创新性在于：首次系统揭示缺陷CGSB墙的污染物传输机理，建立考虑应力-化学耦合作用的预测模型，提出的"等效缺陷面积"概念为工程风险评估提供了量化工具。这些成果不仅推动环境岩土工程理论发展，也为《土壤污染防治行动计划》的实施提供了技术支撑。