Cu2+污染原状黄土的物化及结构特性

张阳 崔素丽

收稿日期：2023-11-10

基金項目：国家自然科学基金（42372320，41972292）；陕西省创新能力支撑计划项目（2021TD-54）；陕西省重点研发计划项目（2022ZDLSF06-03）。

第一作者：张阳，男，从事重金属污染土研究，1223027330@qq.com。

通信作者：崔素丽，女，副教授，从事特殊土处理、地质灾害防治研究，sulicui2014@126.com。

摘要  为制定环境保护和土壤污染防治和修复策略，以及为污染场地工程建设提供理论支撑，该文研究了Cu2+对原状黄土物化特性及结构特性的影响。通过制备不同掺量的Cu2+污染黄土试样，进行了粒径分布、CaCO3含量和pH值的测定。利用扫描电镜和激光粒度仪获得试样的SEM图像和粉粒各粒径含量，并借助分形理论深入分析了Cu2+对原状黄土微观结构的影响机理。对Cu2+污染的原状黄土试样进行了压缩试验，并对试样的综合结构势进行了分析。结果表明，随着Cu2+掺量的增大，黏粒含量表现为先增后减，再增再减的趋势，粉粒含量则表现为先减后增，再减再增，砂粒含量保持不变;CaCO3的含量呈线性减小;pH值先迅速减小，后保持不变;污染黄土试样的综合结构势先增大后减小，之后再增大再减小。总体而言，重金属Cu2+的掺入，导致土壤pH值降低，主要胶结物质碳酸钙被溶解，而又因黏粒之间的静电引力和范德华力，黏粒聚集体的形态和成分发生变化，从而影响了土体的密实度和结构强度。

关键词  Cu2+;原状黄土;SEM图像;综合结构势;粒径分布;分形理论

中图分类号： X53  DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-01-008

The physicochemical and structural characteristics of Cu2+ contaminated undisturbed loess

ZHANG Yang， CUI Suli

（State Key Laboratory of Continental Dynamics， Department of Geology， Northwest University， Xian  710069， China）

Abstract  The effects of Cu2+ on the physicochemical and structural characteristics of undisturbed loess were studied in order to formulate effective strategies for environmental protection， soil pollution prevention and remediation， and to provide theoretical support for the engineering construction of contaminated sites. The particle size distribution， CaCO3 content and pH value of Cu2+ contaminated loess samples were determined. The SEM images and particle size contents of the samples were obtained by scanning electron microscopy and laser particle size analyzer. The influence mechanism of Cu2+ on the microstructure of undisturbed loess was analyzed by means of fractal theory. The compression test of Cu2+ contaminated undisturbed loess was carried out， and the comprehensive structural potential of the sample was analyzed. The results show that with the increase of Cu2+ content， the clay content increases first and then decreases， and then increases and then decreases， while the powder content decreases first and then increases， and the sand content remains unchanged. The content of CaCO3 decreased linearly. The pH value decreases rapidly at first， and then remains unchanged. The comprehensive structural potential of the contaminated loess samples first increased and then decreased， and then increased and then decreased. In general， the incorporation of heavy metal Cu2+ leads to the decrease of soil pH value， the dissolution of the main cementing material calcium carbonate， and the change of the form and composition of clay aggregates due to the electrostatic attraction and van der Waals forces between clay particles， thus affecting the compactness and structural strength of soil.

Keywords  Cu2+; undisturbed loess; SEM images; comprehensive structural potential; particle size distribution; fractal theory

重金属及其化合物主要分布在大气、水体和土壤中，由于其难以降解及易富集的特点，土体往往成为重金属最后的储存和归宿地，污染深度最深可达十几米［1］。沈阳市某农田Cu2+和Zn2+的含量是沈阳市土壤背景值的2～3倍，导致农田土壤的营养物质流失和自身净化能力丧失［2］；黄石某钢厂在生产中，产生的砷、铅和镉等多种重金属离子污染了周围

43 714 m2的土壤［3］；广西作为有色金属之乡，镉污染十分严重［4］。土壤被重金属污染后，不仅直接危害自然环境，同时，重金属污染物还会在土体中沉淀和迁移扩散，并能与土颗粒发生复杂的物理化学反应，引起土体物理性质、化学性质和工程性质改变，进而对工程建设造成危害。20世纪60年代，化工部南京勘察公司老厂房地基土被重金属污染，致使土质改变，地面裂陷［5］；某硫酸库场地地基遭污染，地基土的物化性质改变，产生石膏等新生矿物，引起地基土发生膨胀［6］。

目前，国内外学者研究了不同重金属离子对黏土、膨润土和黄土的物化性质和工程性质的影响。查甫生等［7］、储诚富等［8］研究发现，Pb2+和Zn2+会增加黏土的易溶盐含量，降低黏土的液塑限和抗压强度;Resmi等研究了Pb2+污染黏土的无侧限抗压强度和抗剪强度［9］，发现这2个强度指标明显下降。刘志彬等研究了Zn2+对膨润土压缩特性的影响规律［10］，王睿研究了Pb2+、Zn2+和Cr3+对膨润土渗透特性和胀缩特性的影响［11］，Fan等研究了Zn2+对膨润土压缩特性的影响［12］，结果都表明，重金属离子降低了膨润土的各项强度指标。刘刚研究了Cr3+对重塑黄土压缩特性的影响规律［13］，张淼研究了Cu2+对黄土pH值的影响规律［14］，杨波等研究了Cr6+对重塑黄土剪切特性和电阻率的影响规律［15］，结果都表明，重金属会增大黄土的抗压强度，降低黄土的pH值，抗剪强度和电阻率则随着重金属离子浓度的增大先增大后减小。总结现有关于重金属污染土的研究发现，对于重金属污染黄土性质的研究较少，对于相同性质的研究结论不一致，且集中在重金属污染重塑黄土的性质研究，未考虑原状黄土的内部结构。然而，黄土是一种结构性土，其内部结构对于黄土的工程性质有着决定性影响。因此，本文以Cu2+污染的原状黄土为研究对象，通过室内试验和理论分析，研究Cu2+对原状黄土物化性质和结构特性的影响规律。研究结论有望明晰重金属污染原状黄土的各项性质和微观结构的变化规律，进而对污染场地工程建设提供借鉴意义。

1  试验材料和方法

1.1  试验材料

试验用土取自陕西省咸阳市区向西约10 km处某厂房地下2.5～3.0 m的原状黄土，该土样地处渭河二级阶地， 为第四系上更新统（Q3）黄土。 土样的基本物理化学性质如表1所示， 其中， CaCO3和Cu2+含量用土壤碳酸盐测定法和火焰原子吸收分光度法测定，粒径分布用Mastersizer 2000激光粒度仪测定。

Cu2+离子为土壤最常见的污染物，易溶解且溶液为蓝色，便于观察，因此，选择Cu2+作为重金属污染物，用Cu2（NO3）2溶解得到Cu2+（NO-3性质稳定，不易与其他离子发生反应，最大可能地减少了试验误差）。参考现有研究，并辅以预试验，设置Cu2+掺量分别为0、1 000、2 000、3 000、4 000、5 000、6 000、7 000、8 000、9 000、10 000 mg／kg。试验所用的Cu2+由三水合硝酸铜〔Cu2（NO3）2·3H2O〕溶于去离子水中获得。

1.2  试验方法

1.2.1  试样的物理化学性质测试

物理化学性质测试试样为散土土样，其制备步骤为：将风干土样过2 mm孔径筛后烘干，按不同试验要求称取一定质量的干土，计算其达到天然含水率所需的蒸馏水体积，以该体积的蒸馏水溶解不同掺量的Cu（NO3）2·3H2O，将硝酸铜溶液均匀喷洒于土样中，并掺和均匀，保鲜膜包裹后静置48 h。采用Mastersizer 2000激光粒度仪、电位法、土壤碳酸盐测定法和火焰原子吸收分光度法分别测定土样的粒度分布、pH值、CaCO3含量和Cu2+含量。再结合扫描电镜（SEM）和激光粒度仪研究污染土的孔隙和颗粒变化。

1.2.2  试样的结构性测试

结构性质通过压缩试验获得，所需试样分别为原状黄土、原状饱和黄土和重塑黄土。其中，原状黄土和原状饱和黄土试样的制备步骤为：先用标准环刀（61.8 mm×H20 mm）切取2组原状试样，以6 mL蒸馏水（溶解本试验最大掺量10 000 mg／kg對应质量的Cu（NO3）2·3H2O所需溶剂至少为6 mL，为减少水对原状黄土结构性的影响，以6 mL蒸馏水为溶剂，制备不同掺量的Cu2+污染液）溶解不同质量的Cu（NO3）2·3H2O。将不同掺量的Cu2+溶液使用自制与环刀相同直径的圆形喷洒器喷洒于2组为天然含水率的原状试样之上，保鲜膜包裹后静置48 h（通过预试验，可知48 h可保证硝酸铜溶液完全渗透标准环刀试样）。一组进行压缩试验，另一组置于蒸馏水中饱和，饱和结束后进行压缩试验。重塑黄土试样的制备步骤为：采用上述散土土样的制备方法，先制备不同Cu2+掺量的污染散土。再采用静力压实的方法制备标准环刀试样，进行压缩试验。

图1为不同掺量的硝酸铜污染原状土样，由图可知，1 000～5 000 mg／kg的污染土样表面并无明显改变，但在6 000 mg／kg之后，随着Cu2+掺量的增大，土样表面气孔增多，孔径变大。

2  结果与讨论

2.1  Cu2+对黄土物化性质的影响

2.1.1  黄土粒径分布随Cu2+掺量的变化

将粒径小于2 000 μm的污染土样经稀盐酸和双氧水去除碳酸盐和有机质后，转入分散剂中，置于超声波震荡器上打散。利用Mastersizer 2000激光粒度仪测量污染土不同粒径的含量。分别统计砂粒、粉粒和黏粒的含量，得到Cu2+掺量对原状黄土的黏粒、粉粒和砂粒含量影响曲线（见图2）。由图可知，随着Cu2+离子掺量的增加，黏粒含量先增大后减小，再增大再减小，呈双峰形态，第1段峰值曲线的黏粒含量在20％～25％之间变化，变化较小;第2段峰值曲线的黏粒含量在15％～30％之间变化，变化较大。粉粒含量基本上呈现与黏粒含量相反的走势，砂粒含量变化曲线近似水平线，保持在3％左右。随着Cu2+掺量的变化，黏粒和粉粒的含量之和保持不变。

Cu2+与黄土中相关物质发生了溶解、沉淀、吸附、置换等一系列化学反应［16-17］。其中，溶解和沉淀指胶结物质碳酸钙的溶解和重结晶;吸附指黏土矿物对Cu2+的吸附作用;置换作用指黏粒表面双电层中，低价阳离子可以被高价阳离子或其络合物置换出来，形成更稳定的双电层结构。上述化学反应过程中，随着Cu2+的加入，打破了土体内部的化学平衡，胶结物质碳酸钙被溶解，部分又重结晶成为碳酸钙，充当胶结成分，原本由碳酸钙胶结的粗颗粒粒径发生变化。黏土矿物表面的化学成分也发生了变化，进而改变了双电层厚度，而部分双电层厚度因此变薄的黏粒，由于离子静电之间的引力，进而凝聚成絮状聚集体，达到粉粒粒径，成为粉粒。因此，在Cu2+污染土样内部，由于一系列化学反应的发生，黏粒与粉粒互相转化，但二者总量基本保持不变。

黏粒聚集体中，大部分为碳酸钙胶结形成，少部分为静电引力吸引胶结而成。在掺量为0～1 000 mg／kg和5 000～7 000 mg／kg内，碳酸钙被溶解后，集粒分散成黏粒，表现为黏粒增多，粉粒减少;而在掺量为1 000～5 000 mg／kg和7 000～10 000 mg／kg内，随着碳酸钙的溶解，更多的黏粒被暴露出来，黏粒表面双电层结构中的低价阳离子被Cu2+置换，双电层厚度变薄，离子静电引力增强，黏粒之间相互吸引再次凝聚成黏粒聚集体，表现为黏粒减少，粉粒增多。

2.1.2  黄土中CaCO3含量随Cu2+掺量的变化

图3是黄土中CaCO3含量随Cu2+掺量的关系曲线。随着Cu2+掺量的增加，黄土中CaCO3的含量呈线性减少，从13.6％减少到10.3％。Cu2+水解之后溶液呈酸性，在酸性条件下，CaCO3发生化学反应，如式（1）所示，溶解产生Ca2+和CO2气泡。在原状黄土污染土样制备过程中，可见气泡冒出并发出嗞嗞的声音，时间最长可持续15 min，从图1可见不同密度和大小的气孔。

2H++CaCO3=Ca2++H2O+CO2↑  [JY]（1）

随着Cu2+掺量的增大，硝酸铜溶液水解产生的H+越多，原状土样中充当胶结物质和构成孔壁的碳酸钙被溶解。

2.1.3  黄土pH值随Cu2+掺量的变化

污染土的pH值随Cu2+掺量的变化曲线如图4所示。随着Cu2+掺量的增加，污染土的pH值先迅速减小，后基本保持不变。当Cu2+掺量小于3 000 mg／kg时，pH值由9.6迅速降为8.1，之后（3 000～4 000 mg／kg）缓慢降低至7.9。pH降低的主要原因是硝酸铜溶液水解之后产生大量H+，表现为pH降低;其次，碳酸钙溶解之后的Ca2+水解也会产生H+。当Cu2+掺量大于4 000 mg／kg时，Cu2+水解逐渐趋于平衡，pH值基本保持不变。

2.2  Cu2+对黄土综合结构势的影响

谢定义等利用室内压缩试验测量了原状土、饱和原状土、重塑土的压缩应变［18］，并据此提出了可以定量描述原状土结构强度的指标（综合结构势），且人工制备了结构性土样进行检验，结果表明，综合结构势与土样的结构性有着密切关系，可以用来表征原状土的结构性。利用综合结构势能够全面反映土颗粒排列特征（几何特征）和土颗粒联结特征（力学特征），因此，考虑采用其来研究Cu2+对原状黄土结构性的影响。综合结构势的计算公式为

mp=[SX（]SS·Sr[]S20 [SX）]  [JY]（2）

式中：mp为综合结构势;Ss为饱和原状土的压缩应变;Sr为重塑土的压缩应变;S0为原状土的压缩应变。

对Cu2+污染的原状土、饱和原状土和重塑土分别在50、100、200、400 kPa的垂直压力下进行压缩试验，获得各试样的压缩应变值，然后通过式（2）计算其综合结构势，变化曲线如图5所示。4种垂直压力条件下，污染土的综合结构势变化曲线均呈双峰形态，表现为先增后减，然后再增再减。当Cu2+掺入量为1 000 mg／kg时，均达到第一个峰值，50和100 kPa垂直压力条件下的曲线在7 500 mg／kg时达到峰值，而200和400 kPa垂直压力条件下的曲线在5 000 mg／kg达到峰值， 在6 000～9 000 mg／kg之间呈降低趋势， 之后在9 000～10 000 mg／kg又略有增大。

根据现有研究［19-21］，黃土的结构强度主要由骨架颗粒和联结骨架颗粒的胶结物提供。其中，骨架颗粒主要分为粉粒和黏粒聚集体，粉粒主要通过排列方式和粒径大小来影响黄土的结构强度，由强度和水稳性较强的石英和长石2种矿物组成，一般不发生变形和破碎;黏粒聚集体由微晶碳酸钙和少部分由静电引力黏结的黏粒形成，酸性水溶液作用后，由碳酸钙胶结的聚集体被分解成黏粒，而这部分黏粒又会因接触部位增多和距离减小，在静电引力作用下黏结成聚集体。胶结物质以碳酸钙和黏土矿物（如高岭石和伊利石等）为主，此二者胶结物常以薄膜状黏附在粗颗粒周围，或以填隙状充填在粗颗粒之间形成斑状胶结，又或以聚集状胶结物将粗颗粒分隔开来。此外，原状黄土中的孔隙也制约着原状黄土的结构强度［22］。土体内孔隙按构造可分为植物根系和虫孔等遗留的大孔隙、3个及以上骨架颗粒架接而形成的架空孔隙、夹在2个骨架颗粒之间的粒间孔隙、聚集体内部的粒内孔隙。这4种孔隙的孔径依次减小，孔壁多以次生碳酸钙组成，这部分碳酸钙在孔壁上常呈管道状或晶簇状呈现。

Cu2+溶液呈酸性，溶解黄土中的碳酸钙，使得骨架颗粒和孔隙进行重组。原来的碳酸钙胶结物被溶解，致使黏粒聚集体分散，孔隙塌陷。而Cu2+置换黏粒表面低价阳离子，使得双电层厚度变薄，黏粒之间相互吸引形成粉粒，且溶解的Ca2+在碱性条件下发生沉淀，形成微量次生碳酸钙［19］，再次充当胶结作用。

3  基于分形理论的机理分析

3.1  颗粒分形

根据现有研究［23-24］，分形理论可以用来描述粉土的粒径分布特征，分形理论所求的颗粒分形维数Dg通过计算相邻粒径的粒径对数值相似比得到，数值越大，级配越好，土体越密实，因此，可以用来表征粉粒的密实程度。颗粒分形维数Dg越大，粉粒越密实，土体结构稳定性更强。对于黄土这种黏质粉土，尤其是本试验采用的黄土土样，粉粒平均含量74.98％，可采用分形理论来研究Cu2+对污染土粉粒粒径的影响，进而研究与土体结构性的关系。

根据秦雯等的研究［25］，利用Mastersizer 2000激光粒度仪测得的某一粒径与其颗粒通过率在同取以10为底的对数之后呈线性关系，该直线的斜率与颗粒分形维数之和为3。计算公式为

lg［R（x）］=mlg（x）+a[JY]（3）

式中：x为粉粒粒径;R（x）为粒径为x时的颗粒通过率;m为直线的斜率（常数）;a为直线的截距（常数）。

Dg=3-m  [JY]（4）

式中：Dg为颗粒分形维数。

利用Mastersizer 2000激光粒度仪测出不同Cu2+掺量下的颗粒组成，筛选出不同Cu2+掺量下污染土粉粒粒径范围内的数据，画出双对数曲线，求出直线斜率m，进而求得颗粒分形维数Dg，绘制出颗粒分形维数与Cu2+掺量的关系（见图6）。由图6可知，颗粒的分形维数Dg随Cu2+掺量的变化呈双峰形态，表现为先增后减，再增再减的趋势。且在2 000和7 000 mg／kg分别达到2.21和2.27的峰值，在5 000 mg／kg至谷值2.10。

粉土的密实程度直接影响原状黄土的结构强度［24］，由图5和图6可以发现，颗粒分形维数和综合结构势随Cu2+掺量的变化具有相同的变化趋势。说明骨架颗粒的密实程度影响着土体的结构强度。颗粒分形维数实际表述的是土体中不同粒径的土颗粒粒径大小的比值，比值越大，说明相邻的2种颗粒粒径相差越大，土体颗粒更加密实，土体结构强度更大。

3.2  孔隙分形

现有研究对黄土的扫描电镜图像利用阈值法进行分割处理［26-27］，进而利用IPP（integrated performance primitives）软件或Nano Measurer软件定量化测取孔隙的直径、面积、数目等数据。基于这种处理方法可以定量化研究黄土的孔隙结构。

刘春等将以上处理方法集成于一款名为颗粒（孔隙）与裂隙图像识别与分析系统（pore/particle and crack image recognition and analysis system，PCAS）的软件［28-29］。PCAS可以进行颗粒、 孔隙和裂隙图像的自动识别、 几何定量和统计分析。 在统计分析这一环节， 包含对孔隙分形特征的分析数据。 因此， 利用PCAS软件可直接获取本试验土样的孔隙分形维数Dp， 研究Cu2+掺量对原状黄土孔隙的影响规律。 孔隙分形维数Dp的大小， 代表着土颗粒之间孔隙的自相似程度， 亦即相邻孔径大小的比值， 比值越小， 土体密实度越大［29］。

图7是放大2 000倍后不同掺量Cu2+污染原状黄土试样的SEM图像，由图可知， 2 000、 6 000和8 000 mg／kg的污染土样颗粒胶结程度较高，级配良好，而4 000和10 000 mg／kg污染土样胶结程度低，颗粒松散，级配较差。将SEM图像进行分割、统计与分析，得到孔隙分形维数（见图8）。由图8可知，随着Cu2+掺量的增加，孔隙分形维数的变化趋势呈双谷形态，分别在2 000和7 000 mg／kg時至谷值，在5 000 mg／kg达到峰值，与颗粒分形维数有着相反的变化趋势。

随着Cu2+的掺入，土体内主要的胶结物质（大孔壁和粗颗粒间的胶结物质）被溶解，大颗粒被分解成粉粒和黏粒，大孔隙消失。同时，由于粉粒与黏粒含量之间的转化，颗粒之间孔隙大小发生变化，从而引起孔隙均匀性的改变。孔隙越均匀，土体越密实，结构性越强。

土体的密实度与土体的颗粒分形维数和孔隙分形维数密切相关，颗粒分形维数越大，孔隙分形维数越小，土体的密实度越大。Cu2+的掺入改变了黄土内部孔隙和粒径大小，进而改变了土体的密实度。当Cu2+掺量较小（0～1 000 mg／kg）时，随着土体中H+的增多， 原生碳酸钙形成的大孔隙和胶结黏土颗粒的碳酸钙被溶蚀， 形成较小的孔隙和粒径， 土颗粒之间的排列更加密实， 土体的综合结构势增大。 而随着Cu2+掺量的增大（1 000～3 000 mg／kg），含钙矿物由溶蚀转为沉淀［30］，Ca2+沉淀形成次生碳酸钙胶结和黏土颗粒之间的相互吸引，又形成较大的颗粒和孔隙，使得土颗粒间排列的密实度降低，土体的综合结构势降低。随着Cu2+掺量的继续增大，原生碳酸钙矿物溶解形成钙离子，在碱性环境中，再次形成次生碳酸钙，溶解与沉淀过程交替发生，这

使得土体密实度再次增大而后有所降低，综合结构势也相应地呈现再次增大后有所降低的趋势。但是，Cu2+掺量的临界点随围压略有不同，说明Cu2+掺量较大时，围压也会对土体的综合结构势有一定影响。

4  结论与机理分析

4.1  结论

1）随着Cu2+掺量的增大，黄土中黏粒含量先增大后减小，再增大再减小，呈双峰形态，粉粒的变化规律与黏粒相反，而对于砂粒几乎无影响;黄土中碳酸钙的含量随Cu2+增大呈线性降低;pH值在Cu2+掺量较低时（0～3 000 mg／kg），随掺量增大而急剧降低，之后缓慢降低并保持相对稳定。

2）污染黄土的综合结构势随Cu2+掺量的增大，先增大后减小，之后又增大再减小，呈双峰形态，这一形态大体上与黏粒含量、颗粒分形维数一致，与孔隙分形维数相反。

3）污染黄土颗粒分形维数随Cu2+掺量的变化与综合结构势一致， 而孔隙分形维数随Cu2+掺量的变化与综合结构势相反。 Cu2+的掺入改变了土体的密实度， 从而改变了原状黄土的综合结构势。

4.2  机理分析

重金属Cu2+以水溶液的形式掺入，携带大量水解产生的H+，在酸性环境下，主要胶结物质碳酸钙被溶解，由其胶结的黏粒聚集体分散，而这部分黏粒又因粒间静电引力和范德华力重新黏结成聚集体。上述过程中，粉粒粒径的颗粒形态和成分发生变化，进而改变了土体内部的粉粒排列形式，使密实度发生改变，土体结构强度因此改变。

4.3  展望

由上述研究可知， 重金属离子改变原状土体结构性的途径为： 重金属通过水解和离子置换等化学反应， 进而与胶结物质（CaCO3为主）发生反应， 从而改变粒径组分以及内部结构， 土体的结构特性因此发生改变。 基于此， 对于重金属污染土的性质研究， 可以通过研究其内部的化学反应机理， 来明晰其各项性质指标变化机理。 对于重金属污染土的防治， 可采用加入某阴离子与重金属阳离子生成难溶沉淀的化学反应， 来固定重金属离子。

参考文献

［1］舒心，毛昊阳，胡培良，等.某搬迁铜冶炼企业原址用地土壤重金属污染空间分布特征及风险评价［J］.中国环保产业，2022（8）：62-68.

SHU X，MAO H Y，HU P L，et al.Spatial distribution characteristics and risk assessment of heavy metal pollution in soil on the original site of a relocated copper smelting enterprise［J］.China Environmental Protection Industry，2022（8）：62-68.

［2］李晓臣，周春艳.沈阳市农田土壤污染损害现状评估及原因分析［J］.科学技术创新，2020（15）：2-3.

LI X C，ZHOU C Y. Assessment and cause analysis of farmland soil pollution damage in Shenyang city［J］.Science and Technology Innovation，2020（15）：2-3.

［3］高扬，张晓昀，王黎明，等.黄石某钢厂重金属污染土壤修复技术示范工程实例［J］.广东化工，2021，48（19）：158-159.

GAO Y，ZHANG X Y，WANG L M， et al. Example of demonstration project of heavy metal contaminated soil remediation technology in a steel mill in Huangshi［J］.Guangdong Chemical Industry，2021，48（19）：158-159.

［4］苗亚琼，林清.广西土壤重金属镉污染及对人体健康的危害［J］.环境与可持续发展，2016，41（5）：171-173.

MIAO Y Q，LIN Q. Pollution of heavy metal cadmium in soil in Guangxi and its harm to human health［J］.Environment and Sustainable Development，2016，41（5）：171-173.

［5］陈先华，唐辉明.污染土的研究现状及展望［J］.地质勘探，2003，39（1）：77-80.

CHEN X H， TANG H M. The current situation and prospect of contaminated soil research［J］.Geology and Exploration， 2003， 39（1）： 77-80.

［6］路世豹，張建新，雷扬，等.某硫酸库地基污染机理的探讨［J］.岩土工程界，2003（5）：37-39.

LU S B，ZHANG J X，LEI Y，et al. Discussion on the pollution mechanism of a sulfuric acid reservoir［J］.Geotechnical Engineering，2003（5）：37-39.

［7］查甫生，刘晶晶，夏磊，等. 重金属污染土的工程性质试验研究［C］∥第四届全国环境岩土工程与土工合成材料学术研讨会论文集.重庆，2014：496-499.

［8］储诚富，查甫生，夏磊，等.锌污染黏土工程性质的试验研究［J］.工业建筑，2015，45（1）：118-121.

CHU C F，ZHA  F S，XIA L，et al. Experimental study on engineering properties of zinc-contaminated clay［J］.Industrial Construction，2015，45（1）：118-121.

［9］RESMI G， THAMPI S G， CHANDRAKARAN S. Impact of lead contamination on the engineering properties of clayey soil［J］.Journal of the Geological Society of India， 2011， 77（1）：42-46.

［10］刘志彬，方伟，陈志龙，等.锌离子污染对膨润土一维压缩特性影响试验研究［J］.岩土力学， 2013， 34（8）：2211-2217.

LIU Z B， FANG W， CHEN Z L， et al. Experimental study on the effect of zinc ion pollution on one-dimensional compression characteristics of bentonite［J］.Rock and Soil Mechanics， 2013， 34（8）：2211-2217.

［11］王睿.膨脹土在重金属污染条件下工程性质变化规律以及机理研究［D］.合肥：合肥工业大学，2021.

［12］FAN R D，LIU S Y，DU Y J，et al.Impacts of presence of lead contamination on settling behavior and microstructure of clayey soil-calcium bentonite blends［J］.Applied Clay Science， 2017， 142：109-119.

［13］刘刚.Cr3+污染黄土压缩变形特性试验研究［J］.西北农林科技大学学报（自然科学版）， 2017， 45（3）：227-234.

LIU G. Experimental study on compression deformation characteristics of Cr3+ contaminated loess［J］.Journal of Northwest A ＆ F University（Natural Science Edition）， 2017， 45（3）：227-234.

［14］张淼.重金属对黄土pH值的影响［J］.山西水利科技， 2004（4）：14-15.

ZHANG M. Effect of heavy metals on pH value of loess［J］.Shanxi Water Conservancy Science and Technology， 2004（4）：14-15.

［15］杨波，李熠，董晓强.Cr6+对重塑黄土抗剪强度和电阻率的影响［J］.人民黄河， 2017， 39（1）：130-132.

YANG B，LI Y，DONG X Q. Effect of Cr6+ on shear strength and resistivity of reshaped loess［J］.Renmin Huanghe， 2017， 39（1）：130-132.

［16］苌宽.重金属污染土物化特性和固化机理试验研究［D］.郑州：中原工学院，2023.

［17］严华山. 稀土水合离子在高岭石表面吸附行为的第一性原理研究［D］.赣州：江西理工大学，2019.

［18］谢定义，齐吉琳，朱元林.土的结构性参数及其与变形-强度的关系［J］.水利学报， 1999，30（10）：1-6.

XIE D Y，QI J L，ZHU Y L.Soil structure parameter and its relations to deformation and strengh［J］.Journal of Hydraulic Engineering， 1999，30（10）：1-6.

［19］雷祥义.西安黄土显微结构类型［J］.西北大学学报（自然科学版）， 1983，13（4）：56-65.

LEI X Y. Type of the loess microtextures sin Xian distrct［J］.Journal of Northwest University（Natural Science Edition）， 1983， 13（4）： 56-65.

［20］张宗祜.我国黄土类土显微结构的研究［J］.地质学报，1964（3）：357-369.

ZHANG Z H. Study on the microstructure of loess soil in China［J］.Acta Geological Sinica，1964（3）：357-369.

［21］雷昊楠. 黄土剪切面特征及抗剪强度影响因素试验研究［D］.西安：长安大学，2021.

［22］马闫. 黄土结构性多尺度研究［D］.西安：西北大学，2017.

［23］张黎明. 用分形理论研究黏土的粒度分布特征［J］.油田化学， 1996， 13（4）： 289-293.

ZHANG L M. An investigation on characteristics for particle size distribution of clays in drilling muds by the way of fractal geometry［J］.Oilfield Chemistry， 1996， 13（4）： 289-293.

［24］许勇，张季超，李伍平.饱和软土微结构分形特征的试验研究［J］.岩土力学，2007，28（S1）：49-52.

XU Y，ZHANG J C，LI W P. Experimental study on fractal characteristics of saturated soft soil microstructure［J］.Rock and Soil Mechanics，2007，28（S1）：49-52.

［25］秦雯， 沙爱民. 粉土粒度分布的分形特征［J］.长安大学学报（自然科学版）， 2009， 29（6）： 10-14.

QIN W， SHA A M， Fractal features of silt particle size distribution［J］.Journal of Changan University（Natural Science Edition）， 2009， 29（6）： 10-14.

［26］谷天峰，王家鼎，郭乐，等.基于图像处理的Q3黄土的微观结构变化研究［J］.岩石力学与工程学报，2011，30（S1）：3185-3192.

GU T F，WANG J D，GUO L，et al. Study on microstructure change of Q3 loess based on image processing［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2011，30（S1）：3185-3192.

［27］徐世民，吴志坚，赵文琛，等.基于Matlab和IPP的黄土孔隙微观结构研究［J］.地震工程学报，2017，39（1）：80-87.

XU S M，WU Z J，ZHAO W C，et al. Study on pore microstructure of loess based on Matlab and IPP［J］.Journal of Earthquake Engineering，2017，39（1）：80-87.

［28］刘春，许强，施斌，等.岩石颗粒与孔隙系统数字图像识别方法及应用［J］.岩土工程学报，2018，40（5）：925-931.

LIU C，XU Q，SHI B，et al. Digital image recognition method and application of rock particle and pore system［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2018，40（5）：925-931.

［29］汤强，刘春，顾颖凡，等.土体SEM图像微观结构的识别和统计方法［J］.桂林理工大学学报，2017，37（3）：547-552.

TANG Q，LIU C，GU Y F，et al.Identification and statistical method of soil SEM image microstructure［J］.Journal of Guilin University of Technology，2017，37（3）：547-552.

［30］陳昊.酸性环境下黄土的微观结构及物理特性研究［D］.西安：西安理工大学，2018.

（编  辑  李  波）