MICP胶结液中尿素过量的影响研究∗

分析了研究人员对于胶结液中尿素对MICP影响的不同认识之间存在的分歧,利用水溶液试验及一维砂柱加固试验,对比研究了胶结液中尿素过量（双倍浓度）对MICP的影响。在水溶液和砂柱中,进行了三种氯化钙浓度（0.25 M,0.5 M,1.0 M）条件下尿素过量与否的对比试验。测试对比了水溶液试验过程中NH₄⁺,Ca²⁺变化规律、砂柱试验中Ca²⁺消耗,CaCO₃生成情况和砂柱无侧限强度等。研究结果表明：(1)水溶液试验中,过量的尿素在反应初期不利于尿素水解与碳酸钙沉积; (2)在砂柱试验中,过量的尿素也对MICP不利,加固后土体强度较低,加固效果较差; (3)砂柱试验中这一现象与注浆方式（间隔12 h直灌式注浆）和较短的胶结液停留时间有关; (4)在水溶液和砂柱两种环境下,低氯化钙浓度（0.25 M）情况下尿素过量对MICP的影响都最为明显。     

营养液钙源对微生物固化砂土效果影响的试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)作为一种环保型地基处理技术,其机理是通过微生物诱导碳酸钙沉淀有效改善土体工程性能,参与固化反应的营养液成份不同对固化效果有显著影响。分别选用氯化钙和硝酸钙作为营养液中的钙源,通过渗透实验、干密度实验、吸水率实验、无侧限抗压强度实验从宏观角度分析钙源对微生物固化砂土物理力学指标的影响。同时,结合电镜扫描测试,从微观角度对比了不同钙源作用下碳酸钙沉淀晶体形态及空间分布的差异。研究结果表明:利用硝酸钙固化后的砂柱整体密实度更高,其破坏裂缝在饱水和干燥状态下比氯化钙固化后的砂柱更小;硝酸钙作为钙源固化后的砂柱渗透系数和吸水率更低,干密度和无侧限抗压强度也更高。电镜扫描结果显示,氯化钙为钙源形成的碳酸钙沉淀量较少,形态为球状,散落分布在砂粒表面;硝酸钙形成碳酸钙沉淀量较多,形态以球状或者立方体为主,包裹住砂颗粒,团聚效果更为明显。因此,就钙源而言,硝酸钙的微生物固化效果较氯化钙更好。     

基于ERT技术的微生物矿化固砂过程监测研究∗

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术在土体改良方面具有良好的应用前景,同时兼顾了生态环境效益。为了对MICP固砂过程进行实时监测,提出将高密度电阻率层析成像技术(ERT)与MICP相结合的方法,通过开展相应的室内试验,验证方法的可行性。试验过程中,将石英砂填入高度60 mm、直径176 mm的圆柱模具,并在四周设计了16个电极,采用喷洒工艺在砂土表面限定区域进行了三轮MICP处理,利用自主研发的ERT系统对不同处理阶段的试样进行了电阻率测试,对比分析了MICP处理过程中试样内部电性参数的空间变化规律。结果表明:(1)MICP处理过程中,处理区域呈现低电阻率特征,低电阻区的范围与电阻率大小主要与菌液和胶结液在砂土介质中的入渗扩散过程有关。(2)对MICP固化砂样进行洗盐风干后,之前处理区域由低电阻区转变为高电阻区,主要是因为微生物诱导生成的碳酸钙胶结作用导致砂土介质的密实度增大。(3)利用ERT技术可以有效追踪MICP处理过程中砂土内部电阻异常区的形成与扩展,并与MICP固砂过程与固化效果建立联系,说明采用ERT技术监测MICP固砂过程具有可行性,为研究MICP固砂机制和评价固化效果提供了新的技术思路。     

添加剂对微生物胶结砂渗流特性的影响研究北大核心CSCD

从MICP反应环境及细菌代谢过程分析出发,选取NH_(4)Cl与NaHCO_(3)作为添加剂,应用于砂土的微生物改性加固,研究结果表明:(1)NH_(4)Cl、NaHCO_(3)添加浓度为0.1 mol/L时,CaCO_(3)生成量显著增加,相较于添加前增加了68.30%,原因是NH_(4)Cl和NaHCO_(3)的添加,调节反应体系pH值,使其更趋近于脲酶最佳活性所需碱性环境,同时促进细菌活性及代谢过程,进而增加CaCO_(3)生成量;(2)核磁共振检测结果显示,添加NH_(4)Cl、NaHCO_(3)后固化砂柱的孔隙率减小了15.93%,渗透系数降低了2~3个数量级,与MICP固化结果相比也有明显改善,渗透系数降低了50%以上;(3)在渗流模型分析中,一方面考虑CaCO_(3)沉淀对孔隙的填充作用,将其等效为填充于砂颗粒间的小颗粒,提出了MICP固化效应系数表述灌浆加固前后砂颗粒平均粒径的变化,另一方面根据固化后微细观检测分析结果,考虑CaCO_(3)沉淀对砂颗粒表面形貌的改变,调整模型中的颗粒材料形状系数α的取值。综合这两个方面对Kozeny-Carman渗流模型进行了修正,验证分析表明,修正后的Kozeny-Carman渗流模型能够较好地描述加固体的渗流特性,这也为MICP固化砂土的渗流特性分析提供了一种便捷的思路,只需测试不同阶段CaCO_(3)的生成量,就可以比较准确地估算加固体的渗透系数。     

基于纳米压痕技术的页岩土MICP结石体微观力学特性研究

目前对于微生物诱导碳酸盐沉淀技术(MICP)土体加固技术的研究大多数集中在宏观力学性能上,对微观力学特性的研究较少。为了探究页岩土 MICP 结石体的微观力学特性,在不同峰值荷载下对页岩土 MICP 结石体进行纳米压痕测试,并基于能量法中弹性参数计算模型及塑性断裂力学理论计算页岩土 MICP 结石体中胶结体区域及土颗粒区域的硬度、弹性模量和断裂韧度。结合激光显微镜及 X 射线衍射试验,探讨测点处碳酸钙胶结体状态及矿物组分对页岩土 MICP 结石体各相材料微观力学特性的影响,建立页岩土 MICP 结石体弹性模量、硬度及断裂韧度三者之间的线性关系。结果表明,利用纳米压痕技术测试页岩土 MICP 结石体材料的弹性模量、硬度及断裂韧度具备可行性。由于 MICP 技术诱导生成的方解石晶体质地不均匀,导致页岩土 MICP 结石体中胶结体的弹性模量、硬度及断裂韧度存在较大离散性。矿物组分中石英矿物的存在能够强化页岩土颗粒的微观力学特性,使部分页岩土颗粒的力学参数提高。各区域的断裂韧度变化趋势与弹性模量、硬度相同,三者之间具有简单线性关系。 纳米压痕技术打破了常规力学试验对试样尺寸的限制,为测定页岩土 MICP 结石体的细观力学参数提供借鉴。     

土体环境对微生物诱导碳酸钙沉积加固海相粉土的影响研究

生物地基处理技术利用微生物诱导碳酸钙沉积来加固土体,符合环境保护和可持续发展的要求,具有良好的发展前景。目前已取得的研究成果主要是针对简单离子化学环境下的松散砂土,对不同环境下的细粒土研究的较少。以江苏东部沿海地区的海相吹填粉土为研究对象,选用巴氏芽孢杆菌进行微生物注浆试验,定量分析温度、pH值、氯化盐含量、土体中胶结阳离子含量等土中的环境因素对加固效果的影响规律。结果表明:随着温度的升高、试样中生成的碳酸钙增加,但无侧限抗压强度并不是呈现出一直提高的趋势,而是存在一个峰值。偏碱性的环境有利于巴氏芽孢杆菌的工作,但过高的pH值会影响加固效果。土中的氯化盐含量过高时会抑制细菌的活性从而对加固产生不利影响。土中的胶结阳离子含量对微生物注浆的影响很小,可忽略不计。本次试验研究结果能为现场环境下采用MICP技术加固粉土提供有效的依据。     

吹填珊瑚礁砂地基处理方法适用性与加固效果应用研究

珊瑚礁砂是珊瑚礁、贝壳等经侵蚀、破碎后沉积在近岸环境中的一种生物碎屑,吹填珊瑚礁砂作为地基土可就地取材、大幅降低工程造价、缩短施工时间。然而,吹填珊瑚礁砂地基处理工程实践中一般采用基于陆源砂的地基处理与加固效果评价方法,具有很大的不确定性。本文在苏丹、沙特、南海某试验区分别采用振动碾压、强夯、振冲法对吹填珊瑚礁砂场地进行地基加固处理,依据载荷试验、标准贯入、动力触探、静力触探等原位测试对珊瑚礁砂场地进行加固效果与有效深度评价,采用平板载荷试验获取珊瑚礁砂场地处理后的地基承载力,结果表明:(1)珊瑚礁砂场地振动碾压法的有效加固深度约1.0 m,加固深度十分有限;(2)500~3000 kN·m夯击能下强夯法的有效加固深度2.0~4.0 m,明显低于相同条件下陆源砂的有效加固深度;(3)珊瑚礁砂场地振冲后可达到中密、密实状态,132 kW振冲的最大有效加固深度为8.0~10.0 m;(4)平板载荷试验获取的珊瑚礁砂承载力特征值与动力触探击数存在良好的经验关系,地基承载力特征值多数超过500 kPa,最高可达2000 kPa,与陆源砂的承载力特性存在显著差别,珊瑚礁砂具有“珊瑚礁砂变形大、高压缩性”的特点易出现于高应力情况下,加固后的珊瑚礁砂地基在常压应力下,往往具备较高的强度与承载能力。     

震损钢筋混凝土框架柱加固修复试验研究

以地震损伤钢筋混凝土框架柱为研究对象,重点研究了损伤、加固后的钢筋混凝土框架柱的抗弯、抗震性能及加固措施。设计并制作了6根钢筋混凝土柱试件。第一步,对原试件进行损伤试验;第二步,对损伤柱试件进行碳纤维加固和钢板加固,试验分析加固试件的抗震性能。考虑了不同轴压比与加固方式等参数的影响,对比研究不同轴压比作用下,采用不同加固方式柱试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能、延性及破坏形态等抗震性能,并对不同加固方案的效果进行分析比较,揭示了不同变化参数对加固后柱的抗震性能等指标的影响规律与程度,为我国建筑抗震设计规范和混凝土结构加固规范的修订提供试验和理论参考。     

落锤冲击加固砌体填充墙的试验研究

对砌体填充墙进行加固以提高其在爆炸冲击作用下的安全可靠度是墙体抗爆设计的一个重要问题。结合目前墙体抗爆试验方法的优缺点和研究需求,利用落锤试验机进行了4片墙体的分级加载冲击试验。通过对冲击后墙体和加固材料损坏状态的定性分析,得知CFRP布和聚亚胺酯防护膜对墙体的承载能力有一定程度的提高效应,但在防护能力上,聚亚胺酯防护膜要优于CFRP布。     

养护温度和冻融循环等对微生物胶结试样强度的影响

目前在研究影响微生物胶结土体时,着重于研究加固方法及影响加固效果的因素,缺少对养护条件以及处理后试样耐久性的探讨。本文以海相吹填粉土为处理对象,选用巴氏芽孢杆菌为试验用菌,采用两阶段注浆的方法进行加固,研究不同养护温度、冻融循环以及干湿循环对加固效果的影响。试验结果表明：(1)采用注浆方法可以有效对该粉土进行胶结加固。在排除水分的影响后,高、低温养护温度对试样的无侧限抗压强度以及 CaCO₃生成百分比均无明显影响;(2)冻融循环对试样无侧限抗压强度的削弱主要发生在第 1 次冻融循环中,然后随着冻融循环次数的增加,试样的加固效果无明显变化。冻融循环后的试样烘干后,其无侧限抗压强度有明显提高,但仍低于未经冻融循环的试样;(3)干湿循环次数对试样强度的影响较小。烘干试样和饱和试样的强度有较大差别,说明试样的含水状态对强度有明显影响。因此在进行强度试验前,应明确试样的含水状态以便于评价加固效果。