微生物固化砂土强度增长机理及影响因素试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)可以显著改善砂土的工程力学特性,但其固化效果易受诸多因素影响。基于不同胶结水平微生物固化砂土试样,开展固结排水三轴剪切试验和扫描电镜测试,探讨了MICP技术的固化效果及其相关机理;在此基础上,研究了胶结液浓度、砂土初始密实度、胶结液浓度配比等因素对微生物固化砂土抗剪强度的影响。结果表明:随着胶结水平的提高,微生物固化砂土试样强度提高,试样的脆性也越显著。微生物固化砂土强度的增长主要源于碳酸钙晶体对土体黏聚强度的提高。微生物固化砂土的强度主要包括土骨架强度和碳酸钙晶体胶结强度两部分,前者受土体性质及相关参数影响,后者主要取决于碳酸钙晶体的含量。采用合适的砂土初始密实度,适当提高胶结液浓度以及胶结液中尿素的浓度占比,均可提高微生物固化砂土试样的胶结强度。     

微生物矿化碳酸钙改良土体的进展、展望与工程应用技术设计

利用微生物矿化碳酸钙（Microbial Induced Calcium carbonate Precipitation,简称MICP）沉积出具有胶结功能的碳酸钙,填充土内孔隙、胶结土颗粒,能够提高土体强度、降低渗透性,具有很好的土体改良作用,在微生物注浆、加固土坝、防风固砂、库底防渗、坝体防渗、污染土壤（地下水）修复等方面具有工程应用前景。对MICP土体改良研究进行了总结、分析和展望：利用MICP技术能够将砂土的无侧限抗压强度提高到20MPa以上,渗透系数降低到处理前的1%,剪切波速提高4倍,能够胜任岩土工程任务;认为下一步应重点对处理效果的均匀性、适用的地基土范围、处理土的全面性能开展系统研究,如耐久性、动力性能和防腐性能等。MICP技术已经在砂砾体稳定、地下室堵漏中得到了少量应用,工程应用施工技术是MICP应用的瓶颈。对MICP在岩土工程领域应用的施工技术进行了设计,包括地基加固、液化地基改良、污染土壤（地下水）修复、坝体防渗堵漏和加固砂桩,以推动MICP技术的实际工程应用为盼。     

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。     

营养盐对微生物加固可液化砂土效果的探讨

微生物诱导生成碳酸钙沉淀(MICP)技术是一项新兴的原位灌浆技术,通过微生物和钙盐作用形成碳酸钙沉淀可改善可液化砂土的抗液化特性。NH4+作为表征碳酸钙结晶过程的重要因子,可充分反映对可液化砂土的改良效果。选用巴氏芽孢八叠球菌,采用Ca(CH3COO)2、Ca(NO3)2和Ca Cl2三种钙盐与尿素混合溶液的营养盐,探讨采用NH4+来表征可液化砂土的微生物固化过程。结果表明:NH4+离子浓度变化能够表征MICP对可液化砂土改良的效果,其中Ca(CH3COO)2营养盐改善可液化砂土效果最佳;营养盐的用量也对可液化砂土的加固效果有明显的改善。通过对固化后试样的渗透性和超声波速的测定,也验证了加强效果。     

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。     

微生物固化纤维加筋砂土抗剪强度试验研究

微生物固化(MICP)技术能显著提高土体的抗剪强度,但微生物固化土体也存在脆性破坏特征显著的缺陷。向待固化砂土中掺入一定量的纤维,以改善微生物固化砂土的脆性破坏特性,并基于固结排水三轴试验研究了微生物固化纤维加筋砂土的抗剪强度特性,在此基础上探讨胶结次数、纤维含量、纤维长度以及试样初始相对密实度等参数对微生物固化纤维加筋砂土剪切特性的影响。最后,结合电镜扫描测试探究纤维加筋对微生物固化砂土剪切特性影响的内在机理。结果表明:MICP过程中,碳酸钙晶体能有效沉积在纤维表面,提高其表面粗糙度,且碳酸钙与砂的混合体能对纤维提供锚固作用,从而在一定程度上提高微生物固化砂土抗剪强度,并改善其应变软化特性,纤维具备改善微生物固化土体脆性破坏特征的潜力。     

不同固化方式对碳酸酐酶矿化菌固化砂土效果影响研究

微生物诱导碳酸盐沉积(MICP)技术是岩土工程领域新兴的土体加固技术,通过选用产碳酸酐酶矿化细菌,分别采用混合注浆、分步注浆、浸泡法三种方法进行砂土固化,并对固化后的砂柱进行表观分析、直接剪切试验、酸洗法、X射线衍射试验(XRD)以及扫描电镜试验(SEM)来对比分析不同固化方式对固化砂土强度的影响。结果表明:混合注浆法固化效果最佳,抗剪强度可达20.01 kPa,样品均匀性最佳;分步注浆方式次之;浸泡法固化试件未完全成型,但碳酸钙沉积量最多,混合注浆法次之。三种不同方式固化试件中沉积的碳酸钙均为方解石晶型,呈球簇状沉积在颗粒间隙和表面。     

微生物注浆固化砂土若干因素的影响机制研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)由于其良好的粘结性和环境友好性,近年来已广泛应用于砂土固化领域。通过测试2种嗜碱性产脲酶菌的生长曲线以及通气和不通气情况下的脲酶活性,探索其与固化砂土的无侧限抗压强度、碳酸钙含量及均匀性之间的联系,并尝试从微观层面探讨微生物注浆固化砂土的主要影响机制。结果表明,通过此方法制得的砂柱强度最高可达586 k Pa。脲酶活性差异导致碳酸钙含量差异,碳酸钙含量则与砂土固化强度相关。而在碳酸钙含量相近的情况下,固化均匀性将进一步对强度造成影响。     

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。     

微生物加固砂土弹塑性本构模型

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)是一种利用环境友好的微生物加固岩土体的新方法.试验结果表明,MICP加固砂的刚度,强度和剪胀性增强,可压缩性降低.针对MICP加固砂土的力学特性和变形特征,在临界状态土力学理论框架下,采用非关联流动法则,建立了微生物加固砂土的状态相关弹塑性本构模型.在新的胶结退化准则中,将胶结退化速率与...     

钙源对微生物沉积碳酸钙固化砂土的试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀是一种环保的地基处理方法,通过微生物和钙盐作用形成碳酸钙沉淀加固土体。钙盐种类的不同对生物固化砂土的效果也不尽相同。选取氯化钙、硝酸钙、乙酸钙和乳酸钙4种钙盐,探究营养液中钙盐种类对微生物固化砂土效果的影响。基于渗透试验、干密度试验、吸水率试验、无侧限抗压强度试验和碳酸钙含量试验测定微生物固化砂土的物理力学指标,从宏观角度分析钙源对微生物固化效果的影响;结合电镜扫描测试,从微观角度分析了钙源对碳酸钙沉淀晶体形态的影响。试验结果表明:硝酸钙的固化效果最好,其次是乙酸钙、氯化钙和乳酸钙;乙酸钙为钙源固化后的砂柱强度达到2.884 MPa;固化后砂柱受压发生破坏主要源于固化薄弱区;无机钙源获取的碳酸钙沉淀颗粒要大于有机钙源。     

多浓度营养盐处理对微生物胶结砂土均匀性与强度的影响

采用二次注入菌液方式,制备不同浓度营养盐处理的MICP(微生物诱导碳酸钙沉淀)胶结砂样。选用巴氏芽孢杆菌作为固化细菌,采用单一浓度(0.5、1.0mol/L)和多浓度相结合(前期采用0.5mol/L,后期采用1.0mol/L)的处理方式注射营养盐(尿素/氯化钙混合液),研究多浓度营养盐结合处理方式对微生物固化砂土强度及均匀性的影响。基于试验测试分析了固化砂土试样不同区间段的强度、弹性模量以及碳酸钙含量。试验结果表明,多浓度营养盐处理方式对固化砂土试样的强度及碳酸钙含量有明显影响;多浓度营养盐结合处理方式能够保证试样有较好的均匀性条件下获得较高强度及弹性模量。基于多浓度营养盐处理方式,探讨分析了影响试样强度和均匀性的基本因素。     

微生物加固路基强度及稳定性

微生物诱导沉积碳酸钙沉积技术(MICP,Microbially Induced Calcite Precipitation)是利用岩土层中的细菌微生物,在人为诱导作用下,生成具有胶结作用的碳酸盐沉淀,附着于岩土层间隙内,用于改善岩土层的强度,增强地基稳定性。利用MICP技术加固福建标准砂,进行不同围压下的三轴试验,结果表明,标准砂加固前后黏聚力的提高值为60.1kPa。利用Plaxis软件模拟高速公路路基加固技术,通过MICP诱导碳酸钙沉淀技术对高速公路路基加固,改变岩土体基本性能,利用强度折减法模拟在MICP技术加固前后路基的强度及稳定性变化,稳定性系数由1.096增大为1.827,高速公路路基经过MICP加固后,稳定性大大提高,边坡破坏面由坡脚移动至坡面。     

钙源对微生物固化花岗岩残积土效果影响的研究

以巴氏芽孢杆菌为固化菌,研究不同含水率下,氯化钙或乙酸钙对微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)固化花岗岩残积土性能的影响,基于直剪和电镜扫描试验,从宏观和微观角度对固化效果进行探讨和分析。结果表明:低含水率下的内摩擦角和黏聚力高于高含水率下的内摩擦角和黏聚力;微生物诱导碳酸钙沉淀能有效提高花岗岩残积土的抗剪强度,改善其内摩擦角和黏聚力,且黏聚力提升幅度较内摩擦角提升幅度大;乙酸钙为钙源的固化效果比氯化钙好,含水率为30%时,乙酸钙为钙源的花岗岩残积土经MICP固化后与相同含水率下未固化的花岗岩残积土相比内摩擦角提高了34%,黏聚力提升了399%;经电镜扫描和能谱仪分析表明:MICP固化生成的碳酸钙沉淀对土颗粒起到了胶结作用,提高了花岗岩残积土的抗剪强度。     

微生物诱导碳酸钙沉淀修复三合土裂缝效果研究

裂缝是土遗址的一种典型破坏形式,其存在会降低结构的性能。另外,裂缝为雨水渗入土体提供优势路径,显著劣化结构的力学性能。因此,土遗址裂缝的修复是其保护与加固的重要内容。三合土的主要成分之一是碳酸钙,应用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术来修复和保护三合土遗址,不仅具有环境友好性,而且与基材的兼容性良好。将MICP技术在土遗址保护领域进一步扩展,以修复三合土的裂缝为研究目标,提出一种由微生物矿化过程主导的裂缝修复方法,并通过试验手段评价其修复效果。首先,进行MICP影响因素和加固土柱试验,确定修复裂缝的适宜细菌浓度、胶结液浓度、填充颗粒组合和注浆批次等参数。然后,利用以上适宜参数,修复预先破坏的三合土试样,并验证其修复效果。结果表明,当裂缝宽度为5mm时,经过MICP修复后试样的平均抗弯强度和抗剪强度恢复率分别为79.92%和88.54%,显示出令人满意的修复能力。但是,恢复率随着裂缝宽度的增加呈现下降的趋势。另外,静态接触角试验结果说明,MICP不但修复了裂缝,同时还增强了裂缝的疏水性。MICP技术可作为修复三合土裂缝的有效方法。     

高岭土微粒固载成核微生物固化粗砂强度

提出一种基于微粒固载成核的微生物固化技术(MICPMPIN),用于改善微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)固化粗砂的力学特性,即在灌浆前给菌液中加入一定量的高岭土形成微生物固载胶体,然后将微生物固载胶体与反应液混合形成MICP浆体(MICPCS),利用自重渗流法加固粗砂.试验结果表明新型MICPMPIN固化粗砂的强度比传统...     

页岩填料MICP-格栅灌浆胶结体超声波速分布特征

将MICP(微生物诱导碳酸钙沉淀)技术应用于崩解性页岩残积土填筑体的加固,可有效提高页岩弃渣承载力从而解决填方路基的不均匀沉降、沉陷坍塌及路面开裂等问题。为模拟实际路基工程中空土工格栅的灌浆过程,设计了一种具有多层多孔灌浆管道系统的MICP-格栅灌浆模型箱,首先结合超声波技术对MICP灌浆加固过程中模型内部页岩残积土进行波速监测,再通过对土体进行单元划分并对其波速进行精细化分级,对灌浆过程中灌浆胶结体的超声波速等级的面积、体积分布特征,各级等势面特征及发展规律进行探究,最后对固化前后土体波速等级转换方式进行分析,掌握了模型土体波速等级的区域演化规律。研究成果可为微生物灌浆加固岩土体的效果检测提供理论基础。     

微生物诱导碳酸钙结晶技术处理可液化砂土地基试验研究及数值模拟

松软的砂土地基在地震等作用下会发生液化,可能造成巨大的灾害。地基抗液化问题的相关研究具有极大的理论意义和工程意义。利用新兴的微生物诱导碳酸钙结晶技术(MICP技术)来处理液化砂土;然后通过三轴固结不排水试验(CU)和动三轴试验来考察其力学性质。试验结果表明:微生物诱导碳酸钙的生成改善了砂土的抗液化性能;最后利用TTS本构模型对其进行数值模拟,表明该模型具有在单元尺度上统一描述砂土及MICP处理后的砂土应力-应变的能力。     

三合土表面微生物诱导碳酸钙沉淀耐水性试验研究

水害是引起土遗址表面侵蚀的最主要因素之一,利用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术在三合土材料表面形成耐水保护层,以达到提高三合土材料耐水性的目的。通过静态接触角试验、毛细吸水试验、Karsten管试验、耐久性试验、耐酸性试验、水蒸气渗透性试验和表面颜色变化试验评估碳酸钙保护层对三合土材料的保护效果,并分析细菌和胶结液浓度对保护效果的影响。试验结果表明,微生物诱导的碳酸钙沉淀通过改变土样表面的微观结构,可大幅度提高其耐水性;较高的细菌和胶结液浓度可以使沉淀层起到较佳的保护作用,但其影响并不是线性的,细菌溶液存在一个适宜浓度,小于该浓度时,细菌浓度的改变对处理试样的耐水性影响较大,当超过该浓度时,细菌浓度的改变对处理试样的耐水性影响并不明显,细菌适宜浓度的发现可以在保证MICP技术工程实际应用效果的同时,提高其经济性;微生物诱导的碳酸钙沉淀保护层不仅耐久性良好,而且对样品本身的透气性和颜色影响较小。MICP技术可作为缓解土遗址表层风化的有效方法。     

纤维加筋固化土动力特性研究进展

纤维加筋固化土技术经过几十年的发展,已经成为岩土工程中有效且具有广泛应用前景的土体加固改良技术之一。从土体加固的实际需要出发,归纳总结了现有纤维加筋固化土在动力特性方面的研究成果。探究了影响纤维加筋固化土加固效果的因素,针对目前纤维加筋固化土研究的不足提出了该领域今后的研究重点和方向,旨在不断拓展纤维加筋固化土在土体加固领域的应用范围。