MICP结合南海岛礁资源加固珊瑚砂的方法及效果研究∗

为解决南海岛礁地基加固所需材料运输困难的问题,利用双极膜电渗析系统和海水生成盐酸,溶解岛礁上的珊瑚砂后得到 MICP 加固所需的自制钙源。然后通过自制钙源、化学纯钙源的 MICP 水溶液及砂柱加固对比试验, 研究了自制钙源的适用性及加固效果。结果表明：通过双极膜电渗析装置可制得 1.5 mol/L 的盐酸,溶解珊瑚砂即可得到氯化钙纯度为 94.9% 以上的自制氯化钙溶液,其 MICP 水溶液试验的效果优于化学纯钙源组,自制钙源组的加固后砂柱强度均值为 2.1 MPa,远高于化学纯钙源组的 628 kPa。自制钙源中的镁、铝离子等能改变沉淀矿物形貌和成分,同时可生成更多的碳酸钙,使得自制钙源组加固砂柱的总体效果优于化学纯钙源组。     

粉土中掺入不同比例砂粒对微生物胶结效果影响∗

土样的颗粒级配对微生物胶结效果存在影响,但目前的研究很不充分。通过向粉土中掺入砂粒来制备不同级配土样,砂粒占试样总质量的比重由 0% 增至 40%。微生物选用巴氏芽孢杆菌,胶结液选用等比例的尿素和氯化钙溶液,加固方法采用两阶段注浆法。试验结果表明粉土中掺入砂土对于提高处理后的无侧限抗压强度有显著作用,碳酸钙生成量虽然有所减少但分布更均匀。密实度的提高有利于无侧限抗压强度的提升,但试样过于密实将对碳酸钙分布产生不利影响,碳酸钙相对集中在注浆口附近。当试样处于比较松散的状态下,粉土中掺入砂土越多（不超过 40%）,强度提升越多;密实状态下,粉土中掺入少量砂土（不超过 20%）能有效提升强度。试样初始孔隙比越小,处理后的强度越高,但碳酸钙生成量有所下降。随着粉土中砂土掺入量增多、试样密实程度增加,碳酸钙晶体的尺寸有所减小,但数量显著增加。     

脲酶抑制剂对EICP防风固沙效果的影响研究

植物源脲酶诱导碳酸钙沉积(EICP)的固化技术因其环境友好且经济高效，能够在荒漠风积沙表面形成固化层，起到防风固沙作用，逐渐被应用于土地荒漠化和沙化治理。然而，碳酸钙在土体表面的快速沉积，产生孔喉效应，使碳酸钙积淀在土体表面，造成固化深度浅、固化效果不均匀。为此，使用脲酶抑制剂延缓尿素水解，实现对碳酸钙沉淀生成速率的调控，进而优化土体表面固化效果，提高其防风固沙能力。结果表明，NBPT 的添加能有效延缓尿素水解速率，降低初期碳酸钙的生成速率，但不影响碳酸钙最终生成量。NBPT 的抑制效果与浓度、混合时间关系密切，浓度越高，混合时间越短，其抑制效果就越好。与未处理试样相比，无论是否添加 NBPT，经 EICP 处理的试样抗风蚀性均明显提高。向 EICP 溶液中添加 NBPT 能有效改善土体固化层表面强度、厚度和碳酸钙分布，浓度为 0.1 g/L 固化效果最佳。SEM 和 XRD 试验结果显示，添加 NBPT 后，碳酸钙晶体形貌多为球状和针簇状，而这种针簇状晶体之间的相互交织与嵌套可提高 EICP 固化效果。     

胶结液注入轮数和体积对微生物加固粉土的影响∗

通过微生物诱导碳酸钙沉积可以将松散土颗粒胶结成整体从而达到加固目的。胶结液的注入轮数和每轮使用的胶结液体积会影响加固效果,但目前关于这方面的研究还不充分。以海相粉土为处理对象,通过室内试验来研究胶结液的注入轮数和体积对加固效果的影响。改变胶结液注入轮数的试验结果表明:随着注入轮数的增加,试样中沉积生成的碳酸钙逐渐增多,碳酸钙的分布比较均匀,加固后的无侧限抗压强度逐渐提高;但当胶结液的注入达到一定轮数后,强度的增长幅度逐渐减缓。改变每轮胶结液体积用量的试验结果表明:胶结液体积的增加会带来碳酸钙数量的增加和强度的提高,但当胶结液体积从1.5Vv(孔隙体积)增加至2Vv后,效果改善不明显。从钙离子用量与无侧限抗压强度的关系也表明,每轮注入的胶结液体积应选择1.5Vv。     

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。     

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。     

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。     

MICP技术对遗址土开裂抑制作用的试验探究∗

遗址土长期经受干湿循环作用,土体表面产生的裂隙对其保存构成威胁。为了探究MICP技术在土遗址修缮中的应用,基于巴氏芽孢杆菌开展微生物矿化作用的前期研究,确定了微生物最佳培养时间、菌液的最佳菌胶比、最佳胶结液浓度和拌合菌液的最佳体积分数;利用最优条件的研究结果对遗址土干缩开裂抑制作用进行研究,设置纯水拌合的对照组,对比观察初次干湿循环下烘干过程中的裂隙发育情况,分析三次干湿循环后裂隙的二值化图像,对比裂隙率,证明了MICP技术对遗址土干缩开裂的有效抑制;结合电镜扫描图像,分析碳酸钙胶结物的作用机理。通过试验研究和电镜图像的拟合分析,证明MICP技术对减缓遗址土开裂具有积极作用,为土遗址的修缮和维护提供了新思路。     

微生物矿化作用(MICP)‑铺砂联合提高黄土抗侵蚀性试验研究

采用微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)?铺砂联合技术对黄土进行改性,通过开展降雨冲刷实验对其提高黄土抗侵蚀特性的可行性进行了验证。结合微型贯入和碳酸钙含量测定试验,进一步阐明了 MICP?铺砂提高黄土抗侵蚀特性的作用机理。结果表明：(1)纯 MICP 处理能提高黄土抗侵蚀性,而 MICP?铺砂联合技术相比纯 MICP 处理能更进一步提高黄土抗侵蚀性。未经 MICP 处理的土体在降雨条件下发生大面积侵蚀的时间最早,其次为纯 MICP 处理的土体,而 MICP?铺砂联合处理的土体仅表面部分土体发生侵蚀,其它部分较为完整。(2)MICP?铺砂联合改性机理是通过微生物砂防护层的高强度和被防护边坡黄土硬化壳的低渗透性有机结合,发挥砂防护层抗雨滴击溅和径流冲刷以及黄土硬化壳减渗的共同作用,从而提高黄土的抗侵蚀能力。(3)纯 MICP 处理和 MICP-铺砂联合处理土体流出液的化学指标值相差不大。(4)纯 MICP 处理和 MICP?铺砂联合处理土体的结构强度远高于未经处理的土体。(5)纯 MICP 处理和 MICP?铺砂联合处理土体的碳酸钙含量均呈现随深度增加而逐渐降低的趋势, 二者的平均碳酸钙含量相差不大。     

石灰石煅烧煤矸石水泥处理镍污染土的固化特性北大核心CSCD

随着碳排放量的增加,使用可持续且有效的低碳低成本胶结材料在污染土壤的稳定/固化方面受到了广泛关注。本研究通过无侧限抗压强度、毒性浸出、X射线衍射、扫描电镜等试验来确定新型低碳低成本石灰石煅烧煤矸石水泥对重金属镍污染土的固化特性。结果表明:强度随着养护龄期的增长而增加,随着镍离子浓度的增加而降低;镍离子浸出浓度随着养护龄期的增长而降低,随着镍离子浓度的增加而增大;pH较大(碱性环境),有利于促进水泥对重金属污染土壤的固化效率;X射线衍射和扫描电镜试验表明,生成水化硅酸盐、钙矾石等水化产物及不溶性金属氢氧化物是稳定镍的主要方式。石灰石煅烧煤矸石水泥可以为重金属镍污染土提供环保且可持续的固化修复,处理后的固化土可作为建筑材料循环使用。     

砂土基MICP土工材料剪切强度试验及可靠性分析

选用巴氏芽孢杆菌,以不同粒径砂土为岩土基质,应用微生物诱导矿化技术生成MICP土工材料试样,自然养护7 d后,应用直剪仪进行了抗剪强度测试试验。结果表明,MICP细砂土内摩擦角范围最大,MICP粗粒砂土内摩擦角范围最小,这与微生物诱导生成的矿化物填充空隙的过程中形成胶结作用有重要的关系,粗粒砂土空隙大,MICP材料强度的增长主要依靠诱导生成的碳酸钙咬合力;中粗砂粒土表面粗糙度的提高有效增强了矿化土工材料的强度;细砂土主要是填充空隙,材料更加密实,导致抗剪强度最大。再运用多项式混沌扩展(PCE)方法建立代理模型,求得其前四阶统计矩,对内摩擦角输出响应的不确定性进行了量化。     

河道疏浚废弃淤泥改良土的强度变化规律探讨

通过系列室内试验,研究了添加生石灰改良高含水量疏浚淤泥的处理土的无侧限抗压强度的主要影响因素;探讨了高含水量疏浚淤泥生石灰处理土的无侧限抗压强度与原泥初始含水量、生石灰掺入比、处理土含水量的关系,得出了生石灰处理土的无侧限抗压强度随着含水量降低率的增加而线性增加的变化规律;建立了生石灰处理土无侧限抗压强度与原泥初始含水量及处理土含水量的定量表达式,给出了生石灰改良高含水量疏浚淤泥的处理土不排水强度的预测方法,可为高含水量疏浚淤泥的有效利用和相关工程设计、施工提供理论基础和指导。     

基于一种重塑性制样方法的节理黄土力学特性试验研究∗

黄土节理是控制黄土地基、边坡和地下工程破坏与稳定性的重要因素,探讨节理性黄土的破坏特性对于了解边坡后缘拉裂演化过程、滑动面的生成具有重要意义。针对原状节理性黄土室内试验试样制备困难的问题,考虑节理面低强度、弱胶结的特点,以一种接触面模拟材料为载体,结合重塑制样的方法,提出一种节理性黄土室内三轴试样的制样方法,通过重塑试样与原状试样的节理面抗拉强度对比分析,验证该方法的合理性和有效性。在此基础上,开展节理性黄土的无侧限抗压强度试验和三轴压缩试验,讨论节理性黄土试样的强度与破坏规律。研究结果表明:节理的存在对试样强度和破坏的影响与节理倾角和围压大小有关,表现为低围压和45°倾角时的低强度效应;"沿节理面滑动破坏"与"破裂面与节理面呈X型共轭剪切破坏"是无侧限和三轴条件下的含单条贯通型节理性试样的两种典型破坏模式;非贯通型节理性试样的抗压破坏主要为"破裂面与节理面贯通型破坏"与"破裂面与节理面非贯通型破坏"两种类型。     

聚氨酯型固沙剂改性土室内试验研究

对自主研发的PUA、PUB和PUC 3种聚氨酯型固沙剂改性土的强度、抗冲刷性、抗风蚀性等性能进行了室内试验研究,并结合聚氨酯分子结构和功能对固沙剂改良原理进行了分析。试验结果表明:3种聚氨酯型固沙剂改性土的无侧限抗压强度、内聚力得到了提高,抗冲刷和抗风蚀性能得到了明显增强;3种固沙剂改性土的无侧限抗压强度和内聚力均随着固沙剂浓度的增加而增大;PUA、PUB和PUC浓度为3g/cm3的改性土试样的冲刷率分别只有4.4%、14.7%和0.6%,而参照样高达79.5%;PUA、PUB和PUC浓度达到1g/cm3以上的改性土风蚀后表面保持完整,没有风蚀破坏痕迹。因此,聚氨酯型固沙剂可以很好地增强土体粘聚力、促进表层固化、减少水土流失,可用于坡面防护、水土保持、防尘固沙、沙漠化治理等领域。     

STW型生态土壤稳定剂改性土强度试验研究

对STW型生态土壤稳定剂改性重塑土在不同掺量、不同制备方法及不同养护条件下的强度变化进行了试验研究。试验结果表明:STW型生态土壤稳定剂对重塑土无侧限抗压强度具有明显的增强效果,并与试样的制备方法、稳定剂掺量及养护条件有关;5%的掺入量改性效果最佳;在室温下养护72小时其强度提高幅度最大。同时,还对STW型生态土壤稳定剂土质改性机理进行了分析。     

粉土用作路堤填料的试验研究

通过对安徽地区粉土的室内改良试验,从试验的角度对不同的掺灰剂(水泥、石灰)及不同配合比改良后粉土的性质进行分析。研究改良后粉土CBR(承载比)值及无侧限抗压强度与龄期及配合比的关系,并根据室内试验的结果,提供经济合理的方案;通过对改良后粉土CBR值和无侧限抗压强度的比较,认为两者对于判断材料强度具有相关性,由试验结果拟合得到两者的关系。     

呼玛河冰灾害试验研究

为了了解高寒地区水工建筑物受春季流冰的威胁程度，选取呼玛河冰为研究对象。通过一系列单轴无侧限抗压强度试验，就温度与加载速率对河冰抗压强度、应力-应变关系、弹性模量的影响进行了研究。利用统计分析与曲线拟合，得出了抗压强度与温度间的相关关系。在呼玛大桥现场进行了流冰撞击桥墩的动态测量，取得了相应的实测数据，为研究冰-结构相互作用提供了有用的资料。     

高分子固化剂改良砂土的渗透特性试验研究∗

对高分子固化剂改良后的砂土进行常水头渗透试验和变水头渗透试验,研究高分子固化剂浓度、养护时间以及砂土干密度对砂土渗透特性的影响,并结合试验结果与扫描电镜深入分析了高分子固化剂改良砂土的机理。研究结果表明:固化剂浓度、养护时间和砂土干密度对改良后砂土的渗透特性有显著影响。随固化剂浓度、养护时间和干密度增加,砂土的出水时间变长,渗透系数快速降低,相对渗透阻力系数急速变大;固化剂浓度和养护时间对改良砂土渗透特性影响最为显著的范围分别为1%～5%和养护3～12 h;高分子固化剂在砂粒之间形成高分子膜包裹、连接砂粒,填充砂土空隙,减小砂土空隙,进而降低砂土渗透特性。