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本论文以国家重点研发计划项目(No.2018YFC1803100、2018YFC1802300)、国家自然科学基金项目(No.51278100)、江苏省重点研发计划项目(No.BE2017715)、国家建设高水平大学公派研究生项目联合培养博士研究生项目(No.201606090130)、东南大学优秀博士学位论文基金（No.YBJJ1735）和江苏省普通高校研究生创新计划项目（No.KYLX16_0242）等课题为依托，采用室内试验、现场试验和数值模拟计算等方法，开展了新型竖向屏障材料氧化镁激发矿渣-膨润土和ECC的研发，并研究其在典型污染液作用下防渗截污性能的系统性研究。取得主要研究成果如下：
（1）研发了新型氧化镁激发矿渣-膨润土竖向屏障材料，揭示了氧化镁激发矿渣-膨润土竖向屏障的工程特性和水化机理。通过室内试验表明：氧化镁激发矿渣-膨润土竖向屏障和易性能良好；其养护28天满足100kPa的强度设计需求；在自来水和污染液作用下的渗透系数均能满足1×10-8m/s的防渗要求；在硫酸钠污染液浸泡作用下，氧化镁激发矿渣-膨润土竖向屏障强度增长；氧化镁激发矿渣-膨润土较水泥-膨润土竖向屏障材料在能耗、CO2排放和价格分别降低8%-79%、84%-85%和15%-17%。通过热反应动力学分析和系列微观测试技术，阐明了氧化镁激发矿渣-膨润土竖向屏障的水化特征和污染物的反应机理。结果证明氧化镁激发矿渣-膨润土隔离屏障的水化产物主要为水化硅酸钙（C-S-H）和类水滑石（Ht）。
（2）研发了新型ECC竖向屏障材料，查明了氧化镁和天然砂两种材料对ECC宏观力学和微观力学的影响。宏观力学结果表明：提高氧化镁掺量降低ECC抗压强度和渗透系数，在氧化镁掺量为6%时的ECC获得最大拉伸能力和拉伸强度；增加天然砂的球度S和圆度R削弱抗压强度、拉伸能力、拉伸强度和渗透系数。微观力学结果揭示了，较高的氧化镁掺量可削弱基质强度、基质断裂韧性和拉伸模量，增大基质/纤维界面区，进而削弱最大纤维桥接应力开裂尖端韧性；较小的圆度R和球度S可增大纤维的桥接作用力、尖端断裂韧性和残余能，进而提高极限拉伸强度。掺有6%氧化镁的ECC的力学特性和经济环境效益高于ECC和天然砂ECC。
（3）探明了新型的氧化镁激发矿渣-膨润土和ECC竖向屏障材料的耐久特性。干湿循环试验测试表明，氧化镁激发矿渣-膨润土竖向屏障在干湿循环作用下质量损失大于水泥基的隔屏障；氧化镁激发矿渣-膨润土竖向屏障在第4级循环开始出现轻微裂缝；到第6级循环结束时试样表皮开始出现少量脱落。提高膨润土掺量降低氧化镁激发矿渣-膨润土隔离屏障的耐久特性，而增加高炉矿渣和氧化镁掺量有利于提高其耐久特性。ECC在自来水干湿循环作用下抗压强度和质量增长，而在尾矿废液作用下抗压强度和质量削弱；经过自来水和尾矿废液循环后的ECC试样的拉伸量均降低，降低量为30%-35%；尾矿废液抑制了ECC的自愈合速度，而提高氧化镁掺量可提高自愈合速度。自愈合产物主要为水化硅酸钙（C-S-H）、碳酸钙(CaCO3)、钙矾石(AFt)和类水滑石(Ht)。
（4）获取了氧化镁激发矿渣-膨润土和ECC竖向屏障材料阻隔典型Pb-Zn污染液和尾矿废液溶质运移参数。氧化镁激发矿渣-膨润土隔离屏障在Pb污染液中的有效扩散系数D*介于8.8×10-10-9.3×10-10m2/s之间，阻滞因子Rd为10.0-10.7，相应的分配系数kp介于0.0031-0.0034mL/g；而Zn污染液中的有效扩散系数D*介于6.7×10-10-7.2×10-10m2/s之间，阻滞因子Rd为10.6-10.9，相应的分配系数Kp介于0.0033-0.0034mL/kg。ECC的有效扩散系数D*和分配系数Kp值分别为1.0×10-10m2/s和0.19mL/g，而氧化镁ECC的有效扩散系数D*和分配系数Kp值分别为5.38×10-11m2/s和0.186mL/g。
（5）通过现场实体工程应用，验证了氧化镁激发矿渣-膨润土隔离屏障的防渗和力学及环境安全性能。通过原位土的室内结果，揭示了氧化镁激发矿渣-膨润土竖向屏障的pH、无侧限抗压强度、渗透系数分别为10.5-10.8、400-680kPa、3.8×10-8-3.2×10-7cm/s。通过原位试验结果证明了：氧化镁激发矿渣-膨润土隔离屏障的pH和抗压强度均低于水泥土隔离屏障，而渗透系数低于水泥土隔离屏障2-3个数量级；氧化镁激发矿渣-膨润土隔离屏障的重金属和有机物固定率高于水泥土隔离屏障。
（1）研发了新型氧化镁激发矿渣-膨润土竖向屏障材料，揭示了氧化镁激发矿渣-膨润土竖向屏障的工程特性和水化机理。通过室内试验表明：氧化镁激发矿渣-膨润土竖向屏障和易性能良好；其养护28天满足100kPa的强度设计需求；在自来水和污染液作用下的渗透系数均能满足1×10-8m/s的防渗要求；在硫酸钠污染液浸泡作用下，氧化镁激发矿渣-膨润土竖向屏障强度增长；氧化镁激发矿渣-膨润土较水泥-膨润土竖向屏障材料在能耗、CO2排放和价格分别降低8%-79%、84%-85%和15%-17%。通过热反应动力学分析和系列微观测试技术，阐明了氧化镁激发矿渣-膨润土竖向屏障的水化特征和污染物的反应机理。结果证明氧化镁激发矿渣-膨润土隔离屏障的水化产物主要为水化硅酸钙（C-S-H）和类水滑石（Ht）。
（2）研发了新型ECC竖向屏障材料，查明了氧化镁和天然砂两种材料对ECC宏观力学和微观力学的影响。宏观力学结果表明：提高氧化镁掺量降低ECC抗压强度和渗透系数，在氧化镁掺量为6%时的ECC获得最大拉伸能力和拉伸强度；增加天然砂的球度S和圆度R削弱抗压强度、拉伸能力、拉伸强度和渗透系数。微观力学结果揭示了，较高的氧化镁掺量可削弱基质强度、基质断裂韧性和拉伸模量，增大基质/纤维界面区，进而削弱最大纤维桥接应力开裂尖端韧性；较小的圆度R和球度S可增大纤维的桥接作用力、尖端断裂韧性和残余能，进而提高极限拉伸强度。掺有6%氧化镁的ECC的力学特性和经济环境效益高于ECC和天然砂ECC。
（3）探明了新型的氧化镁激发矿渣-膨润土和ECC竖向屏障材料的耐久特性。干湿循环试验测试表明，氧化镁激发矿渣-膨润土竖向屏障在干湿循环作用下质量损失大于水泥基的隔屏障；氧化镁激发矿渣-膨润土竖向屏障在第4级循环开始出现轻微裂缝；到第6级循环结束时试样表皮开始出现少量脱落。提高膨润土掺量降低氧化镁激发矿渣-膨润土隔离屏障的耐久特性，而增加高炉矿渣和氧化镁掺量有利于提高其耐久特性。ECC在自来水干湿循环作用下抗压强度和质量增长，而在尾矿废液作用下抗压强度和质量削弱；经过自来水和尾矿废液循环后的ECC试样的拉伸量均降低，降低量为30%-35%；尾矿废液抑制了ECC的自愈合速度，而提高氧化镁掺量可提高自愈合速度。自愈合产物主要为水化硅酸钙（C-S-H）、碳酸钙(CaCO3)、钙矾石(AFt)和类水滑石(Ht)。
（4）获取了氧化镁激发矿渣-膨润土和ECC竖向屏障材料阻隔典型Pb-Zn污染液和尾矿废液溶质运移参数。氧化镁激发矿渣-膨润土隔离屏障在Pb污染液中的有效扩散系数D*介于8.8×10-10-9.3×10-10m2/s之间，阻滞因子Rd为10.0-10.7，相应的分配系数kp介于0.0031-0.0034mL/g；而Zn污染液中的有效扩散系数D*介于6.7×10-10-7.2×10-10m2/s之间，阻滞因子Rd为10.6-10.9，相应的分配系数Kp介于0.0033-0.0034mL/kg。ECC的有效扩散系数D*和分配系数Kp值分别为1.0×10-10m2/s和0.19mL/g，而氧化镁ECC的有效扩散系数D*和分配系数Kp值分别为5.38×10-11m2/s和0.186mL/g。
（5）通过现场实体工程应用，验证了氧化镁激发矿渣-膨润土隔离屏障的防渗和力学及环境安全性能。通过原位土的室内结果，揭示了氧化镁激发矿渣-膨润土竖向屏障的pH、无侧限抗压强度、渗透系数分别为10.5-10.8、400-680kPa、3.8×10-8-3.2×10-7cm/s。通过原位试验结果证明了：氧化镁激发矿渣-膨润土隔离屏障的pH和抗压强度均低于水泥土隔离屏障，而渗透系数低于水泥土隔离屏障2-3个数量级；氧化镁激发矿渣-膨润土隔离屏障的重金属和有机物固定率高于水泥土隔离屏障。