MICP固化淤泥土的强度试验研究

为探究胶结液浓度对MICP固化淤泥土效果的影响,利用巴氏芽孢八叠球菌,开展不同胶结液浓度下的土体固化试验。通过试样的应力-应变关系、无侧限抗压强度、含水率变化情况和微观结构探讨了MICP技术加固淤泥土的固化效果和加固机理。结果表明采用上述方法加固淤泥土是有效的。通过微生物脲酶反应,试样内生成了碳酸钙晶体团聚体,无侧限抗压强度最高可提高24%,含水率降低范围在5.2%～10.9%。适当地提高胶结液中的尿素浓度,可在一定程度上提高脲酶活性,改善固化效果,而氯化钙浓度较高时,对微生物反应有一定的抑制作用,固化效果提升有限。     

模拟海水环境下MICP固化钙质砂的力学特性

钙质砂广泛分布于近海大陆架、海岸带及大洋岛礁,具有低强度和易破碎的特点,且长期受风浪侵蚀。为了改善钙质砂的力学特性,提出了基于微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)固化技术,并在模拟海水环境中开展了一系列固化试验,测试了试样的无侧限抗压强度,同时与淡水环境下获得的试验结果进行了对比分析。此外,试验通过设置不同尿素浓度(0.25,0.5,1.0和1.5 mol/L)的胶结液,探究了尿素浓度对MICP固化钙质砂力学性能的影响及机理。研究结果表明:①MICP技术能够适用海洋环境,且对钙质砂的加固效果比淡水环境更佳,在海水环境中固化后试样的无侧限抗压强度相比淡水环境得到了成倍提高;②海水的弱碱性环境对提升脲酶菌活性和MICP固化效果具有积极作用;③尿素浓度对MICP的固化效果有重要影响,试样的无侧限抗压强度随尿素浓度的增加呈先增加后减小趋势,本次试验发现最优尿素浓度为1.0 mol/L;④MICP固化试样的无侧限抗压强度与微生物诱导生成的碳酸盐含量呈正相关关系。     

黏土–石膏胶结材料的强度试验

为研究黏土–石膏胶结材料的强度特性,在12~336 h的养护时间内,对4种不同配比的黏土–石膏胶结材料进行了单轴无侧限抗压强度试验,测得不同配比胶结材料的初凝时间以及无侧限抗压强度随养护时间的变化规律。同时,在黏土石膏混合料中掺入2~5 mm的砾石进行单轴无侧限抗压强度试验以探讨黏土–石膏胶结材料与砾石的联合作用。试验结果表明,黏土–石膏胶结试样的初凝时间较短,不超过15 min。试样的单轴无侧限抗压强度随时间的变化过程可分为前、中、后3个时期,分别对应强度略微减小、显著增长和趋于稳定3个阶段。掺砾后试样的前期强度未出现减小现象,中、后期强度随时间的变化规律与未掺砾试样相同,但强度显著增长较早且中期持续时间较长。掺砾试样的后期稳定强度远大于未掺砾试样的强度。     

微生物胶结砂土可行性试验研究

胶结砂样采用微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)技术制备。本文开展了X射线衍射、扫描电镜、无侧限抗压、三轴剪切等试验测试MICP试样。文中分析了试样的微观结构及物理力学参数,探讨了胶结物含量与砂样抗压强度、c'与φ'值之间的关系。研究结果表明:MICP沉积法产生的胶结物为碳酸钙;碳酸钙晶体主要粘附在骨架颗粒接触部位,并高度聚集封堵颗粒孔隙形成连接键,产生胶结作用而提高试样的力学性能;碳酸钙含量与砂样的力学性能提高有较好关联性。胶结砂样的碳酸钙含量可达到5.39%,其抗剪强度、黏聚力、内摩擦角分别提高423%、333%、35.7%,说明微生物固化砂土具有较好的应用意义。     

温度对微生物诱导碳酸钙沉积加固砂土的影响研究

利用尿素水解菌ATCC 11859,在10℃,20℃,30℃的环境下进行了微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)水溶液试验、一维砂柱加固试验和细菌活性试验。研究表明,水溶液试验中,温度对于MICP的影响和反应时间有关,反应前期,温度较高的环境下钙离子消耗量较大,反应一段时间后温度较低的环境下钙离子消耗量较大;砂柱试验中,温度较低的环境下加固形成的砂样无侧限抗压强度较大,碳酸钙含量的检测表明,环境温度越高,砂柱中生成的碳酸钙含量越低;无侧限压缩试验的应力应变关系表明,相对低温条件下MICP处理的砂样在达到峰值强度时能够产生较大的变形;不同温度下细菌活性试验表明,细菌活性衰减较快是高温环境下碳酸钙的最终沉积量较小的原因。     

紫外诱变产脲酶菌株加固粉土的试验研究

为提高微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术的固化效果,采用紫外诱变技术对产脲酶菌株进行改良,筛选出优良菌株。随后结合先拌和菌液后滴注胶结液(尿素和氯化钙)的方式,运用改良后菌株来固化粉土。通过无侧限抗压强度试验、碳酸钙含量测定和微观试验分析,来对比诱变前后菌株固化粉土的效果。结果表明:紫外诱变技术可以有效改良产脲酶菌株的性能,使菌株的脲酶活性、矿化生成的碳酸钙含量得到提高;使用紫外诱变后菌株来固化粉土,可显著提高土体的无侧限抗压强度。该研究从源头来选育优良菌株,有效提高了MICP技术的固化效果。     

微生物入渗注浆法加固非饱和砂土的研究

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)是一项新兴的地基处理技术。以往研究中,主要是把灌输至饱和砂土中;然而最近研究者发现:MICP工法的不同会影响CaCO3的沉积和与砂颗粒结合的位置及效果,从而影响样品的强度和均匀性。与饱和土样中的灌浆法不同,通过向砂土试样中渗入或灌入微生物浆液,然后通过扫描电子显微镜(SEM)和无侧限抗压强度试验来考查其性能。结果表明:入渗法处理非饱和土样(无侧限抗压强度平均值为(19.7±5.86)MPa)效果要比灌浆法处理饱和土样(无侧限抗压强度平均值为(15.1±5.73)MPa)要好。     

颗粒级配对残积土MICP灌浆效果的影响评价

微生物诱导碳酸钙沉淀加固砂性土的试验研究较为丰富,但在固化崩解性软岩残积土的可行性及效果评价方面目前仍未涉及。考虑到崩解性软岩残积土与砂性土颗粒的诸多不同以及自身颗粒级配产生的差异,选用4种不同粒径范围的松散泥质软岩残积土颗粒进行微生物灌浆试验研究,并通过渗透性能、无侧限抗压强度(UCS)试验、碳酸钙生成量及孔隙率测试,分析颗粒级配对残积土MICP灌浆效果的影响;再借助于扫描电镜(SEM),观测全级配残积土颗粒表面的MICP反应效果。结果表明:不同粒径级配的崩解性软岩残积土在经过微生物灌浆处理后,其胶结效果差异明显。全级配崩解性软岩残积土灌浆过程中更易沉积具有胶结作用的碳酸钙晶体,其胶结试样力学性能较间断级配提升显著,且其孔隙率降幅和单位质量碳酸钙生成量也较大,胶结效果更佳。研究成果可为软岩弃渣填方路堤的微生物加固工程提供借鉴。     

不同固化方式对微生物固化砂土强度影响的研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)利用微生物自身代谢产物诱导碳酸钙沉淀的形成,使生成的沉淀附着在颗粒表面及孔隙中,将原本松散的土颗粒胶结起来,达到固化土体的目的。选用巴氏芽孢八叠球菌,采用4种不同的固化方式来固化砂土,对固化后的砂柱进行表观分析、电镜扫描和无侧限抗压强度试验来对比不同固化方式对固化砂土强度的影响。试验发现:灌浆速率为50 m L/h的分步灌浆方式对砂土的固化效果要优于浸泡方式的固化效果,其无侧限抗压强度均值提高了15.58%,在同样浸泡的条件下,胶结液成分的改变使固化砂土的无侧限抗压强度均值提高了16.62%。此外,降低砂土饱和度,也是提高其固化效果的重要因素。     

围海造陆工程中MICP技术固化黑砂硬壳层的基础研究

在围海造陆工程中,采用真空预压法固化淤泥质地基时需要在淤泥表层铺设一层黑色细砂层,来满足施工机械对地基承载力的要求。采用MICP技术固化这种黑砂,在快速增强其承载力的同时大大节约黑砂用量。主要研究了胶结溶液的静置时间、浓度、流速等对MICP固化黑砂的影响,分析了钙离子的利用率、固化砂柱碳酸钙的分布和无侧限抗压强度。试验结果显示,采用MICP技术固化黑砂是可行的,能够快速将砂柱的抗压强度提高至1.91 MPa,满足工程应用需要。试验数据结果显示,固化后砂柱的无侧限抗压强度与碳酸钙含量呈现幂指数关系。根据分析,MICP固化黑砂过程中适宜采用的胶结溶液的静置时间为3h,浓度为0.75 M,流速为10mL/min。     

红黏土置换作用对水泥固化泥炭土强度的影响

针对红黏土置换后的泥炭土进行了水泥加固试验,并从宏观和微观两个角度对其固化机理展开了分析.研究表明:在含水率一定的条件下,固化泥炭土的无侧限抗压强度随红黏土置换率的提高呈先增大后减小的趋势;红黏土的置换作用一方面能够使其颗粒作为骨架填充固化土体的孔隙,另一方面在减少土体有机质含量的同时增加了Al元素含量,激发水化反应的活性并促进了钙矾石的生成.红黏土置换作用能够使泥炭土的絮状结构变得密实,颗粒连接和孔隙填充得到优化.     

碱性氧化剂对水泥固化淤泥强度的影响研究

为消除淤泥中有机质对水泥固化淤泥的不利影响,提出了氧化降解有机质、减薄双电层厚度、维持pH值稳定等对策来提高水泥固化淤泥的强度。采用高铁酸钾和碳酸氢钠作为碱性氧化剂,配合水泥对淤泥进行固化处理。通过无侧限抗压强度试验,初步了解碱性氧化剂对水泥固化淤泥强度的影响规律,并利用有机元素试验、动电电位试验、比表面积试验和SEM等手段,进一步探究碱性氧化剂的固化机理。研究结果表明:掺碱性氧化剂的水泥固化淤泥7d无侧限抗压强度达到了1.536 MPa。碳酸氢钠通过中和有机酸,维持水泥固化淤泥为p H=9～10的碱性环境;该条件下,高铁酸钾能高效降解有机质,除去黏土颗粒表面聚合态的有机质胶膜,有利于SiO_2与Al_2O_3游离于孔隙溶液中,促进水泥水化产物的生成。同时,孔隙溶液中游离的高价阳离子与黏土颗粒表面低价阳离子交换吸附,减薄双电层厚度,引起土颗粒的絮凝团聚。     

改善高塑性有机质红黏土强度试验研究

桂林石灰岩地区其基岩面处的红黏土常处于高塑性状态,含有机质时其强度低。通过对高塑性有机质红黏土的加固试验,研究其在有无外加高效减水剂的情况下,水泥掺量、养护时间及水灰比对其无侧限强度的影响。试验表明:高塑性有机质红黏土在水泥加固条件下,其无侧限抗压强度会随着水泥掺量及养护时间的增加而增加,随着水灰比的提高而减小;高效减水剂能明显提高和改善高塑性有机质红黏土的强度力学性质。该试验研究可为红黏土地区的水泥土加固优化设计及施工提供科学依据,以满足实际工程的需要。     

水泥土搅拌桩止水帷幕工程特性研究

水泥土搅拌桩作为基坑止水帷幕已经得到了广泛应用,为了更深入的理解作为止水帷幕的水泥土的工程特性,通过对不同水泥掺入量的水泥土无侧限抗压强度和渗透系数的室内试验研究,利用CBR-1承载比试验仪和TSS-2柔性壁三轴渗透仪对水泥土进行了无侧限抗压强度和渗透试验,分析了养护龄期及水泥掺入量对水泥土的无侧限抗压强度和渗透系数的影响。试验结果表明,水泥土的无侧限抗压强度随养护龄期和水泥掺入量的增大而增大,并通过曲线的拟合,得出了无侧限抗压强度的预测公式;渗透系数随养护龄期和水泥掺入量的增大而减少,通过数据对比得出28天之后水泥土渗透系数主要是受水泥掺入量的影响。     

棕榈丝加筋红黏土的无侧限抗压强度研究

红黏土是一种典型的特殊土,土体性质极不稳定,特别是遇水强度快速衰减,容易引发地基沉降或边坡坍塌等工程地质灾害。通过开展棕榈丝改良红黏土的无侧限抗压强度试验,研究不同棕榈丝掺量及长度对红黏土无侧限抗压强度的影响。结果表明,随棕榈丝掺量的增大,棕榈丝加筋土的无侧限抗压强度相应增加;随棕榈丝长度的增大,棕榈丝加筋土的无侧限抗压强度先增大后减小,棕榈丝加筋土的最优棕榈丝长度为20mm。棕榈丝可有效控制土体的变形,提高土体的残余强度。     

High-Strengthening of Cement-Treated Clay by Mechanical Dehydration

A technique called the cement-mixing and mechanical dehydration method (CMD) as one of recycling techniques for soft clay slurry is developed. In order to evaluate the effectiveness of the CMD for increasing the strength of soft clay, a series of unconfined compression tests and several durability tests were performed together with the literature review of unconfined compressive strength in cement-treated soils. Moreover, a series of constant strain rate consolidation tests were also performed to evaluate the effects of cement content and dehydration speed on the permeability of cement-treated clay. The following conclusions are obtained: 1) Literature review and theoretical considerations on the shear strength of cement-treated soils show that an additional treatment for the purpose of increasing the density of cement-treated specimen is effective for increasing the shear strength of cement-treated soil. 2) The mechanical dehydration of soft clay with high pressure is accelerated by cement mixing, where the coefficient of consolidation of cement-treated clay increases as the cement content increases. 3) The high-strength specimen having the unconfined compressive strength of more than 20 MPa can be created from soft clay treated by the CMD with the cement content of over 20% and the dehydration pressure of 20 MPa.     

纳米黏土改良黄土力学性能试验研究

在陕西安塞地区黄土中掺入两种不同纳米黏土材料,设计不同掺量、含水率、养护龄期等多因素影响下的正交试验,并对改良后黄土进行三轴试验,分析凹凸棒土和纳米蒙脱土改善黄土无侧限抗压强度指标以及抗剪强度指标的变化特征,并采用SEM对两种纳米黏土改良黄土进行改善机理微观分析。结果表明:掺量为1%的凹凸棒土、掺量为2%的纳米蒙脱土对黄土抗压强度影响最为显著,在一定含水率下可使素黄土的抗压强度分别提高21%和42.3%; 两种纳米黏土改良黄土应力-应变曲线受试样干密度、围压及掺量的影响,干密度为1.35 g?cm^-3、围压为50 kPa的改良黄土有应变软化现象,干密度达到1.65 g?cm^-3时,4种不同围压下改良黄土应力-应变曲线均有应变硬化的趋势; 两种纳米黏土对改良黄土的抗剪强度指标影响效果显著,其中1%掺量的凹凸棒土、2%掺量的纳米蒙脱土可以使改良黄土的黏聚力分别提升61.02%和81.70%,内摩擦角分别提升27.86%和21.31%。     

Mechanical properties of stabilized artificial organic soil

In order to study the influence of organic matter on the mechanical properties of stabilized soil and the effect of XGL2005 on stabilizing organic soil, unconfined compressive strength tests were carried out. Test results indicated that the strength of stabilized soil decreased in the form of a logarithmic function as the organic matter content increased. In contrast, the strength increased in the form of a power function as the content of the stabilization agent increased. The strength of cement stabilized organic soil was reinforced greatly by adding the stabilizer XGL2005. Based on the law obtained from the test, a strength prediction model was established by regression analysis. The model included the influence of the curing time, the content of the cement, the organic matter content and the stabilization agent on the strength of stabilized soil.     

纤维加筋微生物固化砂土的力学特性

微生物固化能有效提高砂土的强度,但同样会导致土体破坏时呈现明显的脆性。为了平衡微生物固化砂土脆性破坏的不利影响,提出纤维加筋与微生物固化相结合的改性方法,即将质量分数为0%,0.05%,0.15%,0.25%和0.30%的聚丙烯纤维与石英砂均匀混合,然后基于微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术对土样进行固化,并开展了一系列无侧限抗压试验,同时采用酸洗法测定了各组试样中的碳酸钙含量,进一步分析了试样的微观结构及纤维–土颗粒之间的界面作用特征。结果表明:①在微生物固化砂土中掺入纤维,能极大提高土样的无侧限抗压强度和残余强度,并能显著改善土样破坏时的韧性;②纤维掺量对微生物固化砂土的力学特性有重要影响,无侧限抗压强度随纤维掺量总体上呈先增加后减小的趋势,最优纤维掺量为0.15%,峰后残余强度与纤维掺量呈单调正相关关系;③纤维加筋使微生物固化砂土的峰后应力–应变曲线呈阶梯式下降模式,局部存在波浪式起伏特征;④纤维加筋能够提高微生物诱导碳酸钙的沉积效率和产量,与此同时,碳酸钙的胶结作用对纤维加筋效果具有促进作用。纤维加筋技术与MICP技术相结合能够实现优势互补,对提高工程结构的安全性与稳定性具有积极意义。     

Ca(OH)2对低掺量水泥土的强度影响

用低掺量水泥加固3种不同的土进行室内试验研究,测试了不同Ca(OH)2掺量及不同龄期下3种水泥土的无侧限抗压强度。分析了随Ca(OH)2掺量的增加,不同龄期的3种水泥土无侧限抗压强度变化规律及原因。试验结果表明：水泥红粘土强度随Ca(OH)2掺量的增加提高最为明显,粉质粘土次之,砂土最弱。分析原因是由于土体的细度对水泥土强度影响较大。土体越细,土体中粘土矿物越多, Ca(OH)2掺量的增加促进了更多的离子交换作用和火山灰作用的发生,从而提高了水泥土强度。试验所用的3种土中红粘土最细,所以水泥红粘土强度随Ca(OH)2掺量的增加提高最为明显。