在现代卫生填埋场中,可挥发性有机污染物(VOCs)通过土工膜扩散,会污染填埋场下面的土壤和地下水。垃圾填埋场的设计中,衬垫系统是不可或缺的部分,压实黏土衬垫经常被用来作为阻截污染物流动的屏障。但传统的垃圾填埋场黏土衬垫在填埋体生化反应放热作用下易开裂,开裂后防渗功能失效。因此,研究改良垃圾填埋场黏土衬垫的性能,减少渗滤液和VOCs对周围环境的二次污染,具有重要的工程意义。本文以黏土基底部衬垫为研究对象,研究如何提高其对VOCs的防渗效果。第一种方案采用表面活性剂对膨润土-砂进行改性,使用压力板仪对处于非饱和状态下的改性膨润土-砂的渗透性和持水能力进行研究;第二种方案则尝试在衬垫中引入互不连通的夹气泡以阻挡VOCs的穿透。主要研究内容为:(1)对前人的有关成果进行回顾,探讨膨润土中加入砂、改性的不同方法及改性后不同的物理、力学性质。采用室内实验的方式研究发现,膨润土用十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)改性后,持水能力降低、渗透性变大,导致其防渗性能变差。因此,尽管有机改性剂能提高膨润土-砂对有机污染物的吸附能力,但对其在垃圾填埋场底部衬垫中的使用仍需要慎重对待,应严格控制保证其渗透性符合设计规范要求。(2)在传统的溶质对流-扩散迁移机理的基础上,考虑衬垫材料在填埋体自重下的固结和孔隙水中溶解的VOCs挥发进入气泡中而固定所引发的“蒸汽阻滞”效应,建立了VOCs在含有不连通气泡的高饱和填埋场黏土基衬垫中的耦合运移模型。研究表明,夹气泡的存在形成非饱和效应、降低了渗透性,并与“蒸汽阻滞”效应联合,对于疏水性可挥发性有机物的迁移过程有明显的阻滞作用。但是,夹气泡的存在并不能显著延缓亲水性VOCs的穿透过程。(3)为提高夹气泡对亲水性VOCs的阻滞效果,可使土壤衬垫包含氧气气泡,引发微生物对VOCs的“固有降解”作用。首先,在夹气泡VOCs耦合迁移模型基础上,推导出考虑氧气促发的固有生物降解的污染物迁移-转化数学模型,随后研究了生活垃圾填埋场典型VOCs的传输与转化。结果表明,当封闭气体为氧气时,固有生物降解能有效阻断VOCs,且在垃圾填埋场现场常见污染物浓度水平下所需气泡墙厚度相对较薄,具有很好的应用前景。本文分别对改性和含夹气泡两类新型黏土基填埋场衬垫进行室内试验和数值模拟研究发现,填埋场衬垫选用有机改性膨润土-砂时应谨慎、避免渗透性过大而不符合设计标准,夹气泡尤其是氧气气泡的黏土衬垫则在保证低渗透性条件下能够有效阻断可挥发性有机污染物的迁移,具有良好的应用前景。研究成果将为未来的垃圾填埋场黏土基衬垫的设计提供参考。