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。     

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。     

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。     

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。     

MICP技术加固岩石节理的力学机理试验研究∗

微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)是近年国内外兴起的一种微生物岩土技术,即利用微生物新陈代谢的矿化作用诱导产生碳酸盐沉淀,在土体抗液化、堤坝加固等领域得到广泛实验和应用,相较传统边坡加固手段,其绿色环保的特点更符合可持续发展理念。为探究MICP技术在完全分离的岩石节理试件中的胶结效果,通过一种可采用流体分阶段胶结岩石节理面的实验装置,实现MICP胶结液对岩石节理试件的胶结,在不同法向应力下探究其抗剪强度。结果表明:(1)MICP技术对岩石节理具有一定胶结作用;(2)随剪切位移的增加,MICP胶结实验组与无充填对照组的剪切强度维持一致,即二者抗剪残余应力基本相等;(3)胶结养护7 d的抗剪强度可达无充填对照组的85%。     

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。     

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。     

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。