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。     

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。     

混凝土⁃石材粘结界面剪切性能试验研究∗

为了研究混凝土和石材粘结界面的抗剪性能,设计Z型和套箍型两种试件,进行了混凝土?石材粘结试件界面剪切力学性能试验。试验考虑了材料强度、界面植筋情况、试件形式等变化参数。试验结果表明：界面为试件的薄弱部位,混凝土和石材的粘结界面上均发生了剪切破坏。在一定范围内,混凝土强度的提高会增强界面的剪切强度,延缓试件的开裂,减小界面同级荷载下的剪切位移;界面植筋可以显著提高试件的剪切性能,提高幅度随着植筋率的增大而增大;相同条件下,套箍型试件的剪切强度大于Z型试件,未植筋试件提高约20%,植筋试件提高约40%~55%。根据试验结果结合理论分析,提出了可考虑套箍增强作用的界面抗剪承载力计算公式。     

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。     

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。     

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。     

FRP抗剪加固RC梁的应力不均匀分布系数研究

研究使用外贴纤维增强复合材料(FRP)以U型包裹无锚固方式对钢筋混凝土梁进行抗剪加固情况下的FRP应力不均匀分布系数Dfrp表达式。结合已有研究,提出一个新的Dfrp表达式,并将该表达式与现有的FRP-混凝土界面粘结应力模型相结合以得出若干个不同的FRP抗剪贡献值计算模型。此外,从近年相关研究的文献中,建立了一个U型无锚固FRP抗剪加固钢筋混凝土梁的实验数据库,通过将上述模型对数据库中实验试件抗剪贡献的预测值与数据库中相应的实验值进行对比,分析各个模型的优劣,最终得出一个最优的、简便安全且适用于工程实践的FRP抗剪承载力贡献模型。     

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。