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。     

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。     

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。     

植物源脲酶诱导碳酸钙固化砂土试验研究

植物源脲酶诱导碳酸钙沉积胶结砂土是岩土工程领域的一种新型技术,相比目前广泛应用的微生物固化砂土技术具有很多优点。直接从大豆中提取脲酶,首先研究了温度及p H值对大豆脲酶活性的影响,然后控制胶凝液浓度、pH值、温度和反应时间进行了脲酶诱导碳酸钙沉积试验,在此基础上,采用循环灌注脲酶液和胶凝液的方法固化3种不同颗粒粒径范围的砂土,通过超声波测试、无侧限抗压强度测试及碳酸钙含量测试检测固化效果。结果表明:大豆脲酶最适pH值为8,15℃～75℃范围内脲酶活性随温度升高而增大。大豆脲酶诱导的沉淀产物为方解石型碳酸钙,随胶凝液浓度增大,碳酸钙产率先增大后减小,胶凝液浓度为0.75mol/L时,碳酸钙产率最大。胶凝液浓度一定时,pH值为8情况下碳酸钙产率最大,且产率随反应时间增加而增大。10℃～40℃范围内温度对碳酸钙产率影响较小。固化试样的抗压强度与碳酸钙含量呈正相关,随砂土颗粒粒径增大,试样的抗压强度先增大后减小,0.25～0.5mm砂土固化效果最好。     

复合方法改良膨胀土无侧限抗压强度试验研究

本文以改良膨胀土标准养护7 d的无侧限抗压强度为研究对象,分别在膨胀土中掺入水泥、石灰、粉煤灰、风化砂来进行单一方法改良,测试其无侧限抗压强度;在膨胀土中分别掺入水泥和风化砂、石灰和风化砂、粉煤灰和风化砂来进行复合方法改良,进行无侧限抗压强度试验。试验结果表明,在膨胀土中分别单一掺入水泥、石灰、粉煤灰、风化砂均能有效提高改良膨胀土的无侧限抗压强度,而且石灰、粉煤灰、风化砂的掺入量均有一个最佳值,使改良膨胀土的无侧限抗压强度达到最大值,从提高膨胀土无侧限抗压强度的角度来讲,单一方法改良的效果由好到差依次是水泥、石灰、风化砂、粉煤灰。而在膨胀土中分别掺入水泥和风化砂、石灰和风化砂、粉煤灰和风化砂来进行复合方法改良,无侧限抗压强度值均有了大幅度的提升,从提高无侧限抗压强度的角度来看,水泥和风化砂复合改良的效果要优于石灰和风化砂复合改良的效果,粉煤灰和风化砂复合改良的效果最差。通过复合改良方法与单一改良方法对比,可以发现,在相同条件下,复合改良方法的无侧限抗压强度值要比单一改良方法大得多,复合改良方法要大大优于单一改良方法。     

微生物固化纤维加筋砂质黏性紫色土试验研究

微生物诱导方解石沉积(MICP)技术是一种新型土体加固措施,大量的研究表明,土体加固强化的同时也使得土体破坏呈现明显脆性。为了改善微生物固化紫色土的脆性破坏模式,采用纤维加筋与微生物固化相结合的加固方法,将质量分数为0.4%、0.6%、0.8%的纤维与紫色土混合,然后采用巨大芽孢杆菌和钙盐溶液对土样进行不同灌浆次数的固化试验(3次、5次、7次、9次)。通过无侧限压缩试验测定试样抗压强度,洗酸法试验测定试样碳酸钙含量,烘干法测定试样干密度,结果表明:(1)在微生物固化紫色土中掺入纤维,能显著提高试样固化后的无侧限抗压强度和峰值强度对应的轴向应变,改善了土体破坏时的韧性;(2)纤维掺量影响微生物固化紫色土的力学性质,其强度随纤维掺量总体上呈先增大后减小的趋势,最优纤维掺量为0.6%;(3)随着固化时间增加,试样的碳酸钙生成量和干密度逐级增加,强度与碳酸钙生成量呈正相关且有效碳酸钙沉积越来越少,强度趋于稳定;(4)纤维加筋可以提高碳酸钙沉积的效率和产量,土样内生成的碳酸钙对纤维加筋效果具有强化作用。研究成果可以为纤维加筋与MICP固化相结合的土体加固技术应用提供指导和参考。     

循环灌浆次数对微生物固化砂土效果的影响

通过试验研究了循环灌浆次数对生物固化砂土效果的影响。循环灌浆1~5次后,分别进行固化后砂柱的物理力学试验和扫描电镜试验。根据不同循环灌浆次数下固化后砂柱的渗透系数、干密度、吸水率、无侧限抗压强度和碳酸钙含量,分析固化效果,并且结合扫描电镜微观分析孔隙变化。试验结果表明:渗透系数和吸水率与循环灌浆次数呈现负相关关系;干密度、无侧限抗压强度和碳酸钙含量与循环灌浆次数呈现正相关关系;循环灌浆达到3次及以上时,固化效果变化趋势逐渐趋于平稳。     

复合固化剂改良地铁渣土的无侧限抗压强度研究

为了解决地铁盾构施工中产生的大量工程渣土的再利用问题,本文选择水泥、粉煤灰、高分子聚合物A作为一种复合固化剂来改良地铁渣土。探讨复合固化剂对改良后的地铁渣土无侧限抗压强度变化规律,探究地铁渣土含水率、复合固化剂掺量、龄期对固化土强度的影响,并得出强度拟合公式。试验结果表明:在相同掺量、相同龄期的条件下,复合固化土7d无侧限抗压强度为水泥固化土的2.32～2.91倍,复合固化土180d无侧限抗压强度为水泥固化土2.32～4.37倍,复合固化剂较水泥固化剂具有显著的力学性能优化作用。     

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。     

水泥加固酸污染土无侧限强度特征

污染土是利用水泥固化处理后,土体的强度得到提高。针对该项技术,采用水泥固化法处理酸污染土,通过两种试验方案,对水泥加固酸污染土的无侧限抗压强度特性进行研究。试验所用酸污染土用浓硫酸配置人工制备而成,并考虑了不同水泥掺量、不同硫酸浓度和不同龄期对水泥加固酸污染土强度的影响。试验表明:水泥固化酸污染土的强度与水泥掺量和硫酸含量有密切关系,二者共同作用决定其强度的变化。在一定硫酸浓度(2~16g/kg)条件下,伴随硫酸含量的升高,水泥掺量较低时,无侧限抗压强度整体呈明显下降的趋势;水泥掺量较高时,无侧限抗压强度呈缓慢上升的趋势。随着水泥掺量提高,土样的无侧限抗压强度达到峰值时所对应的硫酸含量也逐渐变大。     

固化粉土小应变剪切模量与强度增长相关性研究

小应变剪切模量和无侧限抗压强度是表征固化土刚度和强度特性的两个重要参数。简要介绍了弯曲元测试技术的原理及其在试验中存在的问题,采用压电陶瓷弯曲元测试技术对水泥和木质素固化剂固化粉土试样在不同养护龄期下的小应变剪切模量进行了测试,同时对相应龄期下试样进行了常规无侧限抗压强度试验,通过引入归一化参数G28和UCS28对不同固化土的小应变剪切模量和无侧限抗压强度之间的相关关系进行分析,提出了固化土刚度与强度的相关性模型,可为地基处理中固化土的无损测试与加固效果评价提供新的方法。结果表明,水泥、木质素固化粉土的小应变剪切模量随养护龄期增加而增加,养护龄期28 d内增长显著,28 d后增长趋于平稳;相同类型固化土不论固化剂掺量多少,其小应变剪切模量随养护时间的发展在本质上是相同的;固化土归一化无侧限抗压强度表现出与小应变剪切模量相似的发展趋势;提出的固化土归一化模型可作为一种土体强度无损检测的新方法。     

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。     

微生物诱导碳酸钙沉积加固有机质黏土的试验研究

利用尿素水解菌ATCC 11859,开展了不同胶结液浓度下MICP压力灌浆加固有机质黏土的研究试验。通过试验前后试样的无侧限抗压强度、CaCO_3含量、渗透系数、有机质含量以及灌浆过程中流出液Ca~(2+)与NH_4~+浓度的变化,综合评价了MICP压力灌浆加固有机质黏土的效果。结果表明:MICP压力灌浆加固有机质黏土是有效的,处理后试样有机质含量可降低1%～4%,无侧限抗压强度提高可达370%,渗透系数可降低约1个数量级;在本试验的菌液活性(即每分钟水解尿素的量为9.68毫摩尔每升)及浓度(约108 cell/mL)下,胶结液浓度对处理效果有明显影响,提高0.25M胶结液中的urea浓度,可显著提高处理后土体的无侧限抗压强度。     

微生物固化砂柱效果电阻率评价研究

目前尚没有简便可行的方法对现场微生物固化效果进行评价,因此,提出采用便捷无损的电阻率法评价砂土的固化效果.首先对微生物固化砂柱的电阻率与孔隙率、含水率和碳酸钙含量的关系进行研究,然后研究了电阻率和无侧限抗压强度的关系,并提出综合参数N表示固化砂柱的孔隙率、含水率和碳酸钙含量,研究综合参数与固化砂柱电阻率和无侧限抗压强度...     

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。     

MICP技术改良黄泛区土体力学性能研究

黄泛区土存在结构松散、强度低、水稳定性差等不利特性,给黄河流域的工程建设带来潜在隐患。本文以MICP为核心技术,研究提高黄泛区土体基本力学特性,以期为黄泛区地基加固、边坡防护以及土遗址保护等工程提供技术支撑。首先由人工接种培育巴氏芽孢杆菌,通过紫外分光光度计、电导率仪分别测定细菌的OD值及活性;其次,以开封土为研究对象,采用拌和的方式将菌液与胶结液直接加入到土中,利用MICP技术改良黄泛区粉质粘土。研究表明:培养48h后细菌的OD值在1.5左右,电导率约为0.01(ms/cm·min),短时间内该细菌活性并不高,但给予细菌足够的反应时间,细菌仍能诱导大量的碳酸钙沉淀,对土体起到加固作用;控制胶结液浓度为0.5M,胶菌质量比为2∶1时产碳酸钙量最多且Ca~(2+)转化率在80%以上;基于最优配比下黄泛区土的直接快剪试验和不固结不排水剪试验结果,土的粘聚力提高了约30%,内摩擦角变化不大,不同垂直压力下剪应力、不同围压下有侧限抗压强度及地基承载力特征值均有所提高。     

活性MgO碳化固化土的干湿循环特性试验研究

碳化固化技术是一种利用二氧化碳对搅拌有活性氧化镁的土体进行碳化,以达到快速提高强度的低碳搅拌处理软土的创新技术。通过室内试验研究干湿循环对碳化固化土物理力学特性的影响,并与相同掺量下水泥固化土进行对比。结果表明:活性Mg O固化粉土碳化3 h试样的无侧限抗压强度可达5 MPa,粉质黏土碳化24 h试样可达2.6 MPa;干湿循环后碳化固化土的干密度降低,而水泥土干密度基本不变;6次干湿循环后粉土碳化试样的无侧限抗压强度仍然能达到4 MPa以上,为水泥固化粉土强度的2倍,具有较好的抗干湿循环性能;经过6次干湿循环后,粉质黏土碳化试样的残余强度仅为35%,而水泥固化粉质黏土降到65%,表明固化粉质黏土的抗干湿循环性能均较差,且粉质黏土碳化试样的抗干湿循环能力不及水泥固化粉质黏土试样。通过X射线衍射(XRD)、电镜扫描(SEM)及压汞试验(MIP)测试表明干湿循环对粉土碳化试样的累计孔隙影响不大,因此粉土试样仍然具有比较大的密实度来保证试样强度;粉质黏土碳化试样因孔隙增加明显而变得疏松,因此强度显著降低。