环境岩土原位测试技术

当前我国部分地区土壤污染风险突出，《中华人民共和国土壤污染防治法》明确将土壤污染防治纳入国家生态文明建设的重要任务，并进一步强化了土壤污染调查、监测和信息公开制度。传统采样过程中，土体中污染物易损耗，导致检测值偏低，无法准确反映场地污染情况。具有原位实时、精准高效的连续钻进探测一体化装备，成为土壤污染调查领域研发的热点与难点。本书内容共7章，包括绪论、污染环境原位取样/调查技术、环境岩土原位测试设备、土壤污染物运移模型、环境岩土原位测试技术在重金属污染场地和有机污染场地以及特殊土场地的应用。重点论述污染土的工程特性、环境原位取样、测试技术，包括电阻率孔压静力触探测试（CPTU）技术、荧光CPTU设备技术、光纤化学CPTU设备技术、薄膜界面探头（MIP）设备技术。基于上述环境原位测试技术理论研究与设备研发成果，重点介绍作者团队参与国内土体污染工程应用案例。

获国家杰出青年基金（2022年）、全国百篇优秀博士学位论文（2012年）、茅以升土力学及岩土工程青年奖（2020年）、中国公路学会科学技术奖一等奖（排1，2019年）、中国交通运输协会科学技术奖一等奖（排1，2020年）、中国公路学会优秀硕士学位论文指导教师（2021）、江苏省科学技术奖一等奖（排2，2015年）、中国勘察设计协会科学技术奖一等奖（排2，2018年）、中国青年地质科技奖银锤奖（2013年）、教育部新世纪优秀人才支持计划（2013年）、中国岩石力学与工程学会青年科技奖金奖（2014年）、江苏省杰出青年科学基金项目（2014）、入选江苏省“六大人才高峰”高层次人才计划（2015）、中国公路青年科技奖（2016年）、入选江苏省“333高层次人才”中青年学术技术带头人（2016年）、江苏省科协首席专家（2017）、中国公路学会首届优秀青年岩土工程师（2018）等多项奖励与荣誉。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 环境污染的典型案例概述 1
1.2 地下重金属与有机污染 2
1.2.1 重金属污染土 2
1.2.2 重金属污染地下水 3
1.2.3 有机污染土/水 4
1.3 环境原位测试的目的与意义 5
参考文献 6
第2章 污染环境原位取样/调查技术 8
2.1 钻探取样技术 8
2.1.1 质量控制要求 8
2.1.2 取样设备及其技术 9
2.1.3 钻探技术 11
2.2 原位直推取样技术 13
2.2.1 取土样CPT 14
2.2.2 取水样CPT 20
2.2.3 取气样CPT 22
2.2.4 声波水取样器 25
2.3 原位污染成分快速检测技术 26
2.3.1 便携式VOC快速测定仪 26
2.3.2 油水界面计 30
2.3.3 重金属快速检测仪 30
2.4 本章小结 36
参考文献 36
第3章 环境岩土原位测试设备 38
3.1 孔压静力触探设备 38
3.1.1 发展历程 39
3.1.2 原位测试系统 40
3.2 电法原位测试设备 44
3.2.1 电阻率孔压静力触探测试设备 44
3.2.2 介电测量设备 53
3.2.3 电阻率测井设备 56
3.2.4 高密度电法设备 58
3.2.5 电阻率层析成像设备 59
3.3 荧光探头LIF-CPT设备 60
3.4 光纤化学探头OFC-CPT设备 63
3.5 薄膜界面探头MIP-CPT设备 65
3.6 其他与CPT探头耦合的污染检测设备 69
3.6.1 pH探头 69
3.6.2 放射性同位素探头 70
3.6.3 水力剖面探头 71
3.6.4 可视化CPT探头 73
3.6.5 无线CPT探头 75
3.7 地球物理测试设备 77
3.7.1 地质雷达 77
3.7.2 时域反射法 77
3.7.3 核磁密度仪 81
参考文献 82
第4章 土壤污染物运移模型 85
4.1 土层渗流运移模型 85
4.1.1 非饱和渗流基本方程 85
4.1.2 饱和—非饱和渗流运移模型 87
4.2 吸附作用 89
4.2.1 可逆非平衡过程的动态吸附 89
4.2.2 非平衡吸附作用溶质运移 90
4.2.3 污染物液相浓度恒定的吸附 92
4.2.4 平衡吸附 93
4.3 饱和—非饱和土层溶质运移模型 94
4.3.1 溶质运移的基本方程 94
4.3.2 饱和—非饱和土层氮转化运移模型 97
4.4 多孔介质污染物运移模型 100
4.4.1 生化反应 100
4.4.2 骨架变形 102
4.4.3 孔隙水运移 103
4.4.4 液相溶质运移 103
4.4.5 孔隙气运移 106
4.4.6 多相多场耦合模型控制方程 107
4.4.7 重金属运移模型 108
4.5 地下水环境预测模型 111
4.5.1 污染源负荷评价模型 111
4.5.2 地下水水质受污染评价模型 111
4.5.3 地下水污染预测的二维平面模型 112
参考文献 113
第5章 环境岩土原位测试技术在重金属污染场地的应用 115
5.1 RCPTU在染化厂污染场地工程中的应用 115
5.1.1 工程概括 115
5.1.2 重金属离子浓度测试 117
5.1.3 重金属离子预测及空间分布规律 118
5.1.4 污染概率分析 125
5.1.5 小结 127
5.2 CPTU在膨润土隔离墙污染场地工程中的应用 127
5.2.1 工程概括与试验设备 127
5.2.2 典型测试结果 133
5.2.3 基于CPTU的物理力学特性评价 134
5.2.4 基于CPTU的固结系数评价 140
5.2.5 基于CPTU的渗透系数评价 152
5.2.6 基于CPTU的隔离墙阻隔效果智能评价 163
5.2.7 小结 176
参考文献 177
第6章 环境岩土原位测试技术在有机污染场地的应用 181
6.1 RCPTU在农药污染场地工程中的应用 181
6.1.1 工程概括 181
6.1.2 典型测试结果 182
6.1.3 电阻率与相对密实度变化特征 184
6.1.4 等效电阻率偏差率评价污染程度 186
6.1.5 小结 188
6.2 MIP-RCPTU在有机污染场地工程中的应用 189
6.2.1 MIP测试机理 189
6.2.2 模型试验验证与影响域 200
6.2.3 工程概括与测试设备 210
6.2.4 解译方法与典型测试结果 216
6.2.5 基于MIP测试的石油烃污染物的评价 218
6.2.6 RCPTU原位测试数据解译 223
6.2.7 基于原位测试的场地污染物分布辨识 230
6.2.8 小结 233
6.3 荧光探头在有机污染场地工程中的应用 233
6.3.1 场地概况与试验设备 233
6.3.2 有机污染土的荧光光谱特征试验 235
6.3.3 有机污染物监测技术结果分析 237
6.3.4 小结 239
参考文献 240
第7章 环境岩土原位测试技术在特殊土场地的应用 243
7.1 电阻率CPT/CPTU在膨胀土场地工程中的应用 243
7.1.1 RCPT模型试验概况 243
7.1.2 RCPT模型试验方案 246
7.1.3 RCPT模型试验结果 247
7.1.4 小结 255
7.2 电阻率CPT/CPTU在盐渍土场地工程中的应用 256
7.2.1 海相盐渍土电阻率特征 256
7.2.2 海相盐渍土微观结构特征 261
7.2.3 海相盐渍土微观结构定量分析 264
7.2.4 盐渍土场地概况 272
7.2.5 RCPTU结果分析 273
7.2.6 土体参数与电阻率的相关性 276
7.2.7 小结 278
参考文献 278