土壤中微生物防渗封堵技术的试验研究

向土体中灌注营养液可生成新的化合物,由此降低土体的渗透系数,以达到防渗封堵的效果.在实验室中向粉土和回填土中灌注马铃薯液,土壤的渗透性均有显著降低：粉土的渗透系数降低了95%,回填土的渗透系数降低了88%.试验在低于20℃的环境下进行,但微生物仍能保持足够的活性,可达到封堵效果.向出现渗漏的地下车库墙外回填土内灌注马铃薯液,回填土的渗透系数降低了95%.现场试验气温达到30℃,更有利于微生物的生长和繁殖,封堵时间短,效果更好.     

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。     

自源型微生物在地基渗漏封堵过程中的群落变化分析

微生物诱导的渗漏封堵技术是通过对土中微生物进行诱导,使菌落构成发生变化,使产生的代谢产物发生改变,达到改变土的渗透性质,实现对地基渗漏进行封堵的目的。该技术已经被成功应用于一些地下建筑设施防渗工程中,如隧道、储水设施等,对其进行渗漏修补。但该技术仍属于经验性技术,还需要对其机理进行研究,充分了解土、微生物及诱导营养液之间所发生的一系列化学生物学反应,以及它们相互作用对地基土存在的渗透处封堵的基本规律。通过试验对实现有效封堵的砂柱中微生物的群落变化进行分析,包括封堵前后微生物的数量、代谢类型以及微生物种类,为该技术能更好地在实际工程中应用提供参考。     

微生物灌浆加固液化砂土地基的动力反应研究

饱和松砂地基在地震等周期性荷载作用下易发生液化，而松砂边坡在降雨或地下水位上升过程中易发生“静态”液化，这些都易造成路基沉陷、滑坡、地下管道及隧道的上浮等与液化相关的工程灾害。相对传统的地基加固技术，微生物灌浆加固技术是利用一项微生物成矿学的最新进展，即微生物诱导碳酸钙结晶技术，通过向松散砂土地基中低压传输微生物细胞以及营养盐，最终在砂土孔隙中快速析出碳酸钙胶凝结晶，改善地基力学性能。微生物灌浆加固技术具有扰动小、工期短、加固效果明显和低耗能等优势，是目前地基加固研究的前沿问题。通过标准动三轴及振动台试验来检测微生物灌浆是否能够用于液化地基加固。首先，概要介绍了微生物灌浆加固技术的原理、方法以及国内外研究发展水平，给出了适用于液化砂土地基加固的微生物灌浆方法。其次，通过标准动三轴及小型振动台试验，研究了微生物灌浆加固液化砂土的抗液化性能，以及其它动力性能，并与传统的液化地基加固方式进行了对比分析。试验结果表明，微生物灌浆加固砂柱及模型地基的抗液化性能显著提高。可以说，微生物灌浆技术在液化砂土地基加固方面具有潜在的工程实用价值和广阔的应用前景。     

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。     

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。     

砂土介质中薄膜压力传感器的标定试验研究

土压力的精确测量在岩土工程领域有重要作用。传统土压力盒体积大,对土体完整影响较大,薄膜压力传感器是一种新型测量土压力的仪器,厚度薄、灵敏度高。薄膜压力传感器应用过程中需要根据实际使用情况进行标定。本文通过自主研制的标定筒研究薄膜压力传感器在砂土介质中的标定效果,并将砂标结果与厂标结果进行对比。采用同一薄膜压力传感器对不同相对密度的砂土进行了标定,结果表明,砂标结果值大于厂标结果值,砂土的相对密度越大,标定系数越小。     

微生物诱导碳酸镁沉淀试验研究

碳酸镁和碳酸钙一样也具有胶结作用,且镁矿强度远大于钙矿,因此研究碳酸镁固化技术具有重要意义。本文测量了巴氏芽孢杆菌在培养过程中的吸光度和脲酶活性,并计算得到单位脲酶活性;研究了尿素、氯化钠、醋酸根、Ca2+和Mg2+浓度对脲酶活性的影响;控制温度、pH值和离子浓度对比了钙和镁沉淀效率和不同温度不同尿素浓度下碳酸镁沉淀产率;对比研究了碳酸钙和碳酸镁沉淀下砂土固化效果。结果表明,48 h培养过程中,吸光度和脲酶活性的增长都先缓慢后迅速增长再减小最后停止,单位脲酶活性则是先增加后减小。适当增加尿素或Mg2+浓度可增强细菌脲酶活性,氯化钠和醋酸根浓度对酶活性无明显影响,Ca2+浓度对脲酶活性有明显抑制作用。同一温度、pH值和离子浓度条件下,碳酸镁产率明显小于碳酸钙。而在菌液中添加尿素可促进碳酸镁沉淀生成,且温度相同,尿素浓度越高,碳酸镁产率越大。菌液中添加尿素可使得碳酸镁固化砂土成型并具有一定强度,因此,该方法可解决砂土固化碳酸镁沉淀不足的问题,为后续碳酸镁固化试验奠定基础。     

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。     

低温条件下微生物诱导碳酸钙沉积加固土体的试验研究

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)加固土体是近年来受到学术界重视的问题,但是对实际土壤温度下MICP加固土体的可行性及效果研究未见报道。利用尿素水解菌ATCC 11859,进行了微生物诱导碳酸钙沉积的试管试验及一维砂柱试验,研究了不同温度下微生物诱导生成碳酸钙的特性及对土体的加固效果。试管试验表明温度越高生成的碳酸钙越多,在不同温度下微生物诱导生成的碳酸钙晶型无显著差异,但是温度对碳酸钙的生成速率有明显影响。一维加固试验表明MICP在一般土壤温度条件下都能够有效地加固土体,但低温下MICP加固的试样强度较低,渗透系数较高。     

水源热泵回灌困难颗粒阻塞试验研究

 以水源热泵回灌过程中物理堵塞现象作为研究对象,利用玻璃珠和砾石颗粒作为多孔介质,以碱性氧化铝作为悬浮颗粒,利用自行研制的砂层阻塞试验系统装置模拟多孔介质中悬浮颗粒的迁移和沉积过程,试验中介质运动速度控制在20～200 cm/min。研究悬浮颗粒在玻璃珠和砾石颗粒中沉积时水压力与流速关系,对悬浮颗粒在2种不同介质中的沉积机制进行分析;同时研究玻璃珠介质在相同的流速和不同的悬浮颗粒浓度下相对渗透率与时间的变化关系;最后给出渗透系数衰减模型,模型对预见渗透系数的降低是有效的。     

地下水源热泵砂层阻塞试验研究（II）

介绍针对地下水源热泵系统阻塞机制开发的砂层阻塞模拟试验系统。该观测系统采取透射式观测,可实时、直接地观测阻塞物的空间变化。系统采用双向水流驱动,可模拟地下水源热泵系统回灌和回扬的渗流条件。分别利用玻璃珠和砾石颗粒作为多孔介质,以碱性氧化铝颗粒作为悬浮颗粒,通过数值模拟说明孔隙的不同引起孔隙内的流体的流速是不同的。模拟发现,在最小孔隙处流体的速度往往是最大的,而在最小孔隙处颗粒也最易发生堵塞。可为解决环境安全评估等提供试验基础。     

钙质砂中群桩模型试验研究

 针对取自南沙群岛永暑礁的钙质砂,利用室内模型试验研究钙质砂中群桩的承载和变形性能及其影响因素,并进行石英砂中的对比试验。试验结果表明,钙质砂由于颗粒破碎作用,导致其群桩承载和变形性能与石英砂有着显著差异。相对密度对钙质砂中群桩承载力影响较大,闭口群桩的承载力比开口群桩高17%～20%,但与石英砂相比很小,仅为石英砂的56%～71%。钙质砂中桩身轴力衰减速率缓慢,桩侧阻力值仅为石英砂的21%～30%,但具有深度效应,而且钙质砂中桩侧阻力对相对密度的变化没有石英砂敏感,受相对密度影响较小。钙质砂的承载力群桩效应系数在Dr = 46%,75%时均小于1,且随着相对密度的增加而增加,与石英砂有着本质的区别。该研究成果可为钙质砂桩基工程设计提供有益的参考。     

细骨料携带氯离子的砂浆强度和粘结力长期暴露试验研究

首先研究了细骨料携带不同质量分数氯离子的砂浆试件在3，5，7，14，28，90d的抗折、抗压强度的变化规律，发现与拌制用水中携带氯离子具有早强作用不同，细骨料携带氯离子不但不会引起早强，反而会降低强度。基于4年的长期暴露试验，系统研究细骨料携带不同质量分数氯离子的砂浆试件在270，360，450，630，810，105...     

早强剂在石灰粉煤灰稳定沙漠沙中的应用

通过一系列试验，对石灰粉煤灰稳定沙漠沙掺加早强剂Na2CO，和NaOH后的早期强度作出了评价，分析了其早强机理，同时对其后期力学性能和温缩性能进行了试验。结果表明，添加Na2CO，和NaOH不仅可以显著提高二灰稳定沙漠沙的早期强度，对其后期各项性能也有叫显改善。并对添加Na2CO3和NaOH及不同二灰比例的稳定沙漠沙性质作了对比分析。二灰早强剂稳定沙漠沙基层的路用性能优于二灰稳定沙漠沙。     

基于经验的砂土液化灰色关联系统分析与评价

分析了砂土液化的主要影响因素 ,建立了砂土液化的灰色关联系统分析模型。基于经验的基础上 ,运用所建立的模型对具体的砂土液化类型进行了判定 ,评价结果与实际相符合 ,也说明了灰色关联系统分析法对砂土液化的可行性     

饱和砂土弹塑性动力本构模型研究

利用土体的塑性流动理论,提出了基于SMP破坏准则的土体弹塑性动力本构模型,用于描述饱和砂土的动力反应性质。土体总的变形由3个部分组成:弹性应变、与体积屈服机制相关的塑性应变和与剪切屈服机制相关的塑性应变。土体在初始加载与卸载和重新加载阶段性质的差别通过采用不同的模型参数加以反映。通过将应用该模型模拟计算的结果与试验结果进行对比,表明该模型能够较为准确地描述饱和砂土在循环加载条件下的反应性质,具有较少的模型参数,这些参数都可以通过常规的三轴压缩试验和静水压力试验进行确定。同时,该模型的形式比较简单,可用于数值计算中。     

考虑应力主轴循环旋转效应的砂土弹塑性本构模型

 已有试验研究表明,应力主轴循环旋转条件下砂土具有以下基本变形规律：(1) 体应变随循环周数的增加而增加,但增加速率随其自身累积值的增加呈递减趋势;(2) 剪应力–剪应变关系曲线存在明显的滞回圈,随循环周数的增加,滞回圈由未封闭型转化为封闭型;(3) 应力主轴旋转条件下砂土的非共轴流动具有分段特征;(4) 中主应力系数对应力主轴循环旋转条件下砂土的变形有重要影响,体应变的累积速率随中主应力系数的增加而增加。基于对上述应力主轴循环旋转条件下砂土的基本变形规律的认识,采用将主应力幅值变化以及应力主轴旋转产生的塑性变形单独加以考虑的办法,建立一个可合理考虑应力主轴循环旋转效应的砂土弹塑性本构模型,并对该模型在包含应力主轴旋转的多种复杂循环应力路径下的有效性进行验证。数值模拟结果与试验结果的对比表明：该模型可较好地考虑应力主轴循环旋转效应,对不同条件下各应变分量及体应变的发展历程能够进行较为合理的模拟,初步验证了该模型良好的适用性及有效性。     

地板采暖在北方地区应用的实验研究

对一种取消混凝土填埋层的新型铺设方式的地板采暖进行了实验测试。探讨了在不同地面盘管间距、不同室外条件和不同供热水工况下,采暖预热阶段、间歇采暖和连续采暖时地板供热规律。实验证明,这种结构的地板采暖同填埋混凝土的铺设方式一样,利用50～60℃的低品位热水,可以实现北方地区冬季室内采暖的需求。     

黄土隧道快速开挖试验研究

在黄土隧道施工过程中,经常会遇到强度高于10MPa的泥岩,常规挖掘机械开挖速度慢。文中依托宝兰客专14标古城岭隧道和兰山隧道,通过现场试验对比钻爆法、破碎锤和铣挖机开挖,得出了采用铣挖机开挖具有施工速度快、对围岩扰动小、安全性高、开挖成型好、效率高等优点,对类似的隧道工程施工具有较强的指导意义。