垃圾、污泥、污水等废弃物的无害化处理且资源化利用是国际环境岩土工程一直秉承的理念,也是现今环境岩土工程领域研究的热点、重点。根据目前国内外对污泥处理方式的研究发现,利用固化材料改性污泥作垃圾填埋场封场覆盖层在技术上可行,在经济上合理。本文以武汉市三金潭污水处理厂的市政污泥为研究对象展开室内试验。在实验室自然养护的条件下,选用脱硫石膏、粉煤灰、矿渣三种工业固废对污泥进行改性,设计4因素3水平的正交试验制备改性污泥。采用开裂与收缩试验、含水率试验、抗压试验对不同配比的改性污泥进行力学性能的表征,并结合抗剪强度指标与渗透特性优选出最佳配比的改性污泥。针对基本力学特性良好的试样,展开干湿循环试验、核磁共振试验、扫描电镜试验、X射线衍射试验等。并通过VS2DI软件模拟计算,得出降水与蒸发情况下,水分在改性污泥覆盖层内部的变化规律。综合以上试验,得出以下结论:(1)提出了一种新型改性材料,用工业固废脱硫石膏、粉煤灰、矿渣改性市政污泥。试验结果表明:当污泥:脱硫石膏:粉煤灰:矿渣=1:0.6:0.6:0.2(质量比)时,改性污泥作封场覆盖层材料最合适。(2)通过室内试验,研究改性污泥的含水率、体积收缩率、抗压强度、抗剪强度以及渗透系数等力学特性的变化规律。结果表明:脱硫石膏、粉煤灰、矿渣与市政污泥均匀混合后形成了一种力学性能较好的胶凝材料,在改性污泥中起到良好的骨架作用。(3)开展干湿循环试验,以抗压强度、渗透系数以及孔隙结构等为研究对象,结果表明:经过3次干湿循环作用后,改性污泥的总孔容分布与渗透系数变化较大,对抗压强度的影响较小且为有利影响,2次干湿循环作用后,改性污泥的抗压强度与渗透系数开始趋于稳定。(4)利用SEM和XRD试验,揭示固化污泥的微观形貌与矿物组分。结果表明:固化污泥成分复杂,主要有叠片状、棒状、针状等矿物,以及钙矾石、硅化物、虫卵、生物碎屑及各种有机絮凝物质等,棒状矿物主要成分为钙矾石,以增加固化体强度,改善力学性质。原状污泥中主要矿物成分为石英,添加不同量的改性材料后,固化体内生成主要化学物质是硫酸钙。(5)利用VS2DI软件模拟降雨和蒸发时水分在改性污泥覆盖层内部的变化规律,通过室内试验得到植物生长层和改性污泥的物理力学参数,建立简易的填埋场覆盖层模型,分析四种工况下水分的变化规律。