固废堆场及污染场地污染控制工程中防污屏障的长期服役时间需达数十甚至上百年。目前防污屏障被污染物击穿时间主要是采用解析模型或数值方法进行预测和评估,预测结果缺乏长时间尺度的现场实测数据或者模型试验的验证。为了能有效模拟防污屏障的长期服役性能,本文以黏土屏障和重金属Pb2+为研究对象,采用batch试验、扩散试验、1g土柱试验、离心模型试验等对Pb2+迁移超重力离心模拟相似性进行了系统研究,提出了基于离心模型缩时试验的防污屏障击穿时间评估方法,并首次开展了历时72小时(对应原型21年)Pb2+击穿黏土屏障离心模型试验,获得了以下研究成果：(1)发明了一套用于黏土防污屏障污染物迁移离心模拟的试验装置,由常水头保持装置(马氏瓶)、模型筒、安装有差压传感器和电导率仪的底部出流收集及监测装置三部分组成。马氏瓶可实现超重力状态下自动补水及水位稳定,底部出流收集及监测装置可实现超重力环境下防污屏障模型试验渗流量及出流浓度实时监测。(2)分析了离心加速度不均匀对土柱模型中渗透力和土压力的影响。结果表明：对于ZJU-400g.t离心机,当模型高度小于90cm时,由加速度不均匀导致的模型与原型应力的误差可忽略。确定了模型的等效离心半径。根据模型渗透系数控制在10-7cm/s以下的要求,确定高岭土土柱模型制备的最大固结应力为400kPa,使模型在离心机内为超固结状态,可降低离心力固结对试验中污染物迁移过程的影响。(3)以高岭土和惰性污染物氯离子为材料,开展了高岭土重塑试样的纯扩散试验、常重力(1g)和超重力(25-50g)下不同渗流速度土柱试验,得到了模型的弥散度以及水动力弥散系数Dh与流速vs的关系,分析了机械弥散作用的相似性：当Pe是基于弥散度定义时,可沿用前人提出的临界Pe数(即Pe=1)来判别高岭土中氯离子弥散作用的离心模拟相似性；当Pe数是基于平均粒径定义时,用于判别高岭土中弥散作用相似性的临界Pe数远小于1。针对垃圾填埋场可能遇到水头差(0-40m),当离心机加速度低于100g时,其击穿时间模拟误差不超过24%。(4)基于batch试验、土柱扩散试验、1g土柱试验和离心模型试验结果,分析了土水比、渗流速度等对高岭土吸附Pb2+的影响：高土水比对应的土柱状态高岭土所表现出的吸附性能小于低土水比对应的散粒状态高岭土；模型流速从0增大到5.67×10-7m/s时,高岭土对Pb2+的阻滞因子凡从12.5减小为8,流速在5.67×10-7m/s～14.8×10-7m/s之间,Rd基本不变,建立阻滞因子Rd与渗流速度vs的关系。离心模型试验用于低渗透性高岭土衬垫Pb2+击穿时间模拟时,吸附作用不完全满足相似,模拟得到的击穿时间偏小,可根据Rd-vs的关系修正吸附作用导致的误差。(5)提出了基于离心模型缩时试验的防污屏障击穿时间评估方法：计算模型选择能反映粘土吸附行为的一维对流-弥散模型,边界条件选择宜根据现场实际情况确定；分子扩散系数采用土柱扩散试验确定,采用惰性离子土柱试验确定试验室土柱的弥散度,现场原型的弥散度采用经验公式确定,吸附模式及参数采用一批不同源浓度的短土柱全击穿试验确定；最后采用代表性工况下离心模型缩时试验进行验证。开展了72小时Pb2+迁移离心模型试验,模拟了Pb2+在黏土衬垫中的21年迁移过程,验证了击穿时间评估方法的可靠性。(6)利用上述击穿时间评估方法,分析了源溶液浓度、吸附模式以及水头对均质黏土防污屏障击穿时间的影响,获得以下结论：1)减小污染源浓度有利于延长击穿时间,但其效果与吸附模式有关：源浓度从1000mg/L降为10mg/L,击穿时间分别增加了0.6年(Freundlich模型)、5.3年(线性)、13.3年(Langmuir模型)；2)吸附模式对于屏障的防污性能影响非常明显：Langmuir模型对应的绝对击穿时间是线性吸附模型的2倍以上,是Freundlich模型的12.8倍以上；3)考虑流速减小可增加屏障材料的吸附时,30cm水头对应的绝对击穿时间约为10m的4倍以上,减小水头能有效增大击穿时间。(7)获得了HDPE膜-膨润土复合防污帷幕三层结构一维扩散解析解,分析了HDPE膜-膨润土间分配系数Sgf,膨润土阻滞因子Rd和膨润土墙厚度对复合防污帷幕击穿时间的影响,得到以下结论：HDPE膜对分配系数小的亲水性有机物有良好的阻滞作用,而分配系数大的疏水性有机物在HDPE膜中则扩散较快；膨润土的阻滞因子凡对屏障防污性能影响较大,Rd从3.3提高至30,击穿时间增大为原来的8.6倍；屏障厚度对复合屏障防污性能影响很大,屏障厚度从0.6m增大到1.2m,击穿时间增大为原来的3.8倍。