基于MICP改良黄河泥沙颗粒级配的试验研究

黄河中下游河床内大量沉积黄河粉沙,黄河粉沙存在细度模数小、颗粒级配不良、含泥量高等缺陷,限制了黄河粉沙应用。为改善黄河粉沙的质量和降低应用黄河粉沙带来的工程缺陷,基于粉沙特性和微生物诱导碳酸盐沉积(Microbially Induced Carbonate Precipitation,MICP)技术对黄河粉沙进行定量固化处理,通过筛分试验、扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)、极差分析等方式,研究MICP技术改良黄河粉沙颗粒级配的效果。结果表明：经MICP技术处理后的沙样级配在1mm至5mm粒径区间的颗粒比重较第一次固化后的试样提高了45%,比初始沙样在同区间的颗粒比重提高70%,单位体积内的颗粒接触数变多,呈多颗粒簇拥形态;通过浸泡试验,试样中的粗颗粒及团聚体的分散程度仅为5%-10%;最优改良方案为1:1的菌胶比、1.5mol/L的胶结液浓度、2:1的尿素和钙源比、钙源为CaCl2,其中胶结液浓度是改良颗粒级配的主要因素;矿化生成的CaCO3结晶多呈方解石晶相,大量CaCO3晶体叠合形成层理结构,沙粒间形成CaCO3桥架并通过胶结作用吸附细小颗粒,进而增大粉沙的直径,达到改良黄河粉沙的目的。因此,MICP技术可以有效改良黄河粉沙粒度组分及结构,研究结果为改良黄河粉沙提供了新思路。     

微观尺度下州桥遗址土干缩劣化机理分析

土遗址作为一种特殊的研究对象,探明土样结构的 干缩裂隙的演化规律,对合理保护土遗址具有重要意义。为研究州桥遗址土的干缩变形特性,开展了室内干缩试验;为能更深入地揭示土样干缩开裂与表面张力变化的内在机制,引入了表面张力梯度参数;基于SEM图片在ABAQUS软件中建立州桥遗址土在微观模型并进行了裂隙演化模拟。结果表明：土样裂隙演化过程可归纳为：拉应力场、单根主裂隙、二级水平、三级纵深裂隙、裂隙网络的形成。拉应力场与单根主裂隙持续时间长,而二级水平、三级纵深裂隙持续时间短;裂隙类型产生的机制归纳为：局部剪切、局部拉伸及局部混合拉伸-剪切三种形式,随着裂纹的发展,逐渐由拉伸作用力向混合拉伸-剪切作用力发展,主裂缝垂直于受力面向外延伸开裂;因水分子迁移路径长度不同,上层土样较更深处的土样更易产生较大的收缩变形,并引起纵深裂隙的发展,随着水分迁移路径趋于稳定,水平裂隙成为土样裂隙发展的主要因素;分析裂隙率玫瑰图发现,上半部分的土样裂隙率普遍比下半部分低,并且裂隙多集中与90°与270°方向上,表明微毛细孔隙及土样内部收缩过大是产生裂隙的原因;归一化结果表明该模型能较好地反映州桥遗址土微观损伤的产生和演化发展情况。研究结果对州桥遗址土裂隙修复与保护具有参考意义。