MICP加固砂土方法对比研究

微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术是新兴的岩土工程绿色加固技术,在散粒土加固方面具有良好的应用前景。MICP加固砂土的均匀性和力学表现是目前存在的重要问题,为优化MICP加固方法,改善加固后砂土的综合表现,开展MICP加固砂土方法对比试验研究。详细介绍了传统两相法、pH法及温控法MICP加固方案,利用传统两相法、pH法及温控法开展砂柱试样的MICP加固试验,从加固试样的碳酸钙分布均匀性、反应液中钙离子利用率及加固试样的无侧限抗压强度等3个方面对比分析3种MICP加固方法的综合表现。结果表明：在试验条件下,传统两相法在3方面均表现最差;pH法和温控法整体表现较好,其中温控法反应液利用率较高,在高加固程度时强度略高,综合表现最优。     

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、1.0 mol/L）和多浓度相结合（前期采用0.5 mol/L,后期采用1.0 mol/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。     

反硝化微生物固化砂土的试验研究

利用反硝化微生物,开展微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)灌浆固化砂土的试验,测定固化前后试样中碳酸钙含量,并通过无侧限抗压强度试验、直剪试验和渗透试验,综合评价反硝化微生物MICP对砂土的固化效果。研究结果表明:反硝化微生物的MICP对砂土固化具有较好效果,通过灌浆试验后的砂土试样,其强度指标、渗透参数和土体的塑性均有所提高;钙离子浓度为0.25mol/L、配比为1∶2∶2的胶结液对砂土的固化效果最佳,处理后的砂土试样无侧限抗压强度提高了39.2%、抗剪强度提高了53.71%、渗透系数降低了1个数量级;在钙离子浓度相同的胶结液中,提升氮源浓度可有效提升强度参数;在氮源浓度相同的胶结液中,提升钙离子浓度可有效提升强度参数,对试样的渗透性无明显影响。     

微生物加固钙质砂环剪试验研究

对取自南海岛礁的钙质砂进行固化处理,通过环剪试验研究微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）胶结钙质砂的抗剪强度特性,并考虑菌液浓度、菌液浸泡时间、加固液浓度、加固时间、竖向应力以及海水环境等因素的影响. 结果表明：MICP方法可以有效提高钙质砂的抗剪强度. 当加固液浓度为0.5 mol/L时,加固后试样的抗剪强度达到最大值,约为未加固试样的3倍,并表现出显著的应变软化现象. 提高菌液浓度、菌液浸泡时间、加固液浓度、加固时间均可改善微生物加固效果,减小残余强度与峰值强度的比值,使试样的应变软化现象越来越明显. 海水环境虽对MICP加固过程有抑制作用,但在此环境下采用MICP方法仍能有效提升钙质砂地基的抗剪强度.     

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。     

土体劈裂注浆加固主控因素模拟试验

为了分析注浆挤密及浆脉骨架对注浆加固效果的影响,确定注浆加固主控因素,提出注浆挤密系数及浆脉骨架系数和其计算方法,设计土体劈裂注浆加固三维模拟试验系统,开展土体注浆加固模拟试验.采用凝固时间显著不同的水泥浆液及水泥-水玻璃浆液分别对土体进行注浆加固,形成不同空间分布状态的浆脉骨架;通过测定注浆压力、土压力、土体密度及浆脉空间分布特征确定注浆挤密系数及浆脉骨架系数;监测隧道收敛变形以评价注浆加固效果,定性分析注浆挤密及浆脉骨架作用对注浆加固效果的影响.研究结果表明,水泥-水玻璃浆液注浆挤密程度大于水泥浆液,水泥-水玻璃浆液骨架作用小于水泥浆液;注浆挤密作用对于注浆加固效果的影响程度大于浆脉骨架作用,注浆挤密作用是影响土体劈裂注浆加固效果的主控因素.     

降饱和度处理可液化地基振动台模型试验研究

为探究降饱和度法处理可液化地基的可行性,利用化学法生成气体(二氧化锰催化过氧化氢产生氧气)降低砂样饱和度,制备不同饱和度砂样并进行了室内小型振动台模拟试验,分析不同加速度幅值的正弦循环荷载作用下,初始饱和度对试样中超静孔隙水压力、表面沉降和加速度放大系数等的影响规律,并基于室内试验结果评价化学法降低饱和度处理可液化地基的效果.结果表明,振动荷载作用下,试样中超静孔隙水压力随着初始饱和度降低而降低,随着加速度的增加而增大;加速度幅值为0.15g的正弦循环荷载作用下,当初始饱和度降低5.8%,试样中超静孔隙水压力减小约50%.试样体应变随试样平均孔压比的降低而减小,且呈线性关系.初始循环荷载下,各工况加速度放大系数均小于1.0,试样的振动衰减效果明显;尽管随着振动次数增加,超静孔隙水压力增加,试样的振动衰减效果减弱,但试样饱和度越低振动衰减效果越强的规律不变.试验证明,化学法降低砂土饱和度法是一种有效的可液化地基处理方法,具有应用前景.     

不同活性炭含量下MICP加固钙质砂的物理力学特性研究

MICP是利用微生物诱导CaCO₃沉淀的一项新型环保的地基处理技术,可以改善砂土的力学特性.目前,对MICP过程中细菌保留能力的相关研究相对较少,活性炭是一种具有吸附性的多孔结构物,利用活性炭的吸附性,可以增加细菌在试样中的滞留能力.基于活性炭的吸附作用,利用无侧限抗压强度试验、渗透试验及SEM电镜扫描研究了活性炭含量对MICP加固钙质砂的力学性能的影响.试验结果表明,在钙质砂中加入活性炭能够提高微生物诱导CaCO₃沉淀的产量,对其无侧限抗压强度和渗透特性均有所改善,最佳活性炭掺量为0.75%,这也说明了在钙质砂中加入活性炭能够解决MICP加固过程中细菌滞留不足的问题,为后续提高细菌滞留率的研究提供了可靠的试验依据.     

不同形式生物液加固砂土试验及机理分析

为研究用新鲜培养基重悬巴氏球菌菌体(RF)对砂土加固效果是否有促进作用及其作用机理,通过一系列溶液及砂柱试验对比分析4种不同形式生物液的尿素水解、诱导生成碳酸钙(MICP)及砂土加固能力.结果表明:培养完成后未经任何处理的原菌液(US)的尿素水解及MICP能力主要来源于菌体内脲酶,另一部分源于菌体裂解释放的游离脲酶;高菌液浓度时,用新鲜培养基重悬菌体可一定程度促进菌液中菌体的MICP能力,但由于RF制备时移除上清液(SS),造成脲酶损失,导致RF的总体MICP能力与原菌液基本相同;经原菌液加固的砂柱具有更高的抗剪强度及碳酸钙产量, 且原菌液中上清液和菌体的共存使砂颗粒间产生的胶结接触更有效.相比RF,原菌液兼顾简便、经济及高效性,因此,在MICP处理需快速加固的地基问题时原菌液应被优先选用.     

营养盐浓度对胶结重塑泥岩试样力学特性及微观结构的影响试验研究

采用一次浸泡菌液的方式，制备不同浓度（0、0.3、0.5、0.7 mol/L）营养盐处理的微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）胶结重塑泥岩样。基于直接剪切、碳酸钙酸洗法、扫描电镜（SEM）等试验测试胶结试样，分析了营养盐浓度对胶结试样力学性能、碳酸钙含量及微观结构的影响。结果表明：同等反应条件下（相同时间、体积），随着营养盐浓度的增加抗剪强度先增大后减小，当营养盐浓度达到0.5 mol/L时抗剪强度最大，此时，试样黏聚力、内摩擦角分别为15.5 kPa、18.83°；碳酸钙含量随着营养盐浓度的增加而增加，当营养盐浓度达到0.7 mol/L时，试样平均碳酸钙含量提高较少；碳酸钙晶体分布均匀性随着营养盐浓度由低到高变化呈凸字形态；胶结试样的强度依赖于生成的CaCO₃晶体量及其分布形态；生成的方解石型碳酸钙晶体主要沉积在颗粒接触处形成积聚晶体或填充在孔隙中形成“胶结桥”，产生胶结效果而增强试样的力学性能。     

砂桩加固可液化地基的振动台试验研究

饱和砂土地震液化问题是岩土地震工程中一个重要的研究课题,利用振动台在室内开展相关研究是一种行之有效的方法.利用小型振动台模型试验研究散体材料加固可液化地基,得出不同桩距下孔隙水压力的变化规律,探讨不同桩距对抗液化效果的评价.试验表明,桩距在3～3.5桩径时,孔隙水压力最小,抗液化效果最佳;而且得出浅层土比深层土更易液化的结论.建议在实际设计中桩距取3～3.5桩径,并且长短桩结合使用,既能取得良好的加固效果又能降低工程造价.     

不同注浆工况对砂土-混凝土接触面剪切特性影响

为研究后注浆对土与结构物接触面力学特性的影响,采用自主研发的注浆装置和可注浆的大型直剪仪,通过3种注浆压力、3种注浆量和4种荷载工况下的共计22组后注浆砂土-混凝土接触面大型直剪试验,分析不同注浆工况和荷载工况对砂土-混凝土接触面剪切力学特性、剪胀(缩)性以及强度参数等的影响.结果表明:在注浆压力和法向应力一定的情况下...     

膨润土对双轮铣水泥土搅拌墙体强度和渗透特性的影响

膨润土浆液常作为地下工程双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）的铣削液来改善土体搅拌均匀性和维持槽壁稳定。通过室内试验研究膨润土水泥土试样无侧限抗压强度和渗透系数等特性随膨润土掺入量的变化情况,并结合压汞试验分析掺入膨润土对水泥土微观孔隙特征的影响,探讨掺入膨润土后试样孔隙比的变化与水泥土试样无侧限抗压强度和渗透系数的内在关联。结果表明,掺入膨润土可显著降低水泥固化砂土和粉土的渗透系数;掺入膨润土还能提高无侧限抗压强度,砂土试样的无侧限抗压强度增幅较水泥固化粉土试样更大;固化土无侧限抗压强度和孔隙比与水泥掺量的比值近似呈幂函数关系;膨润土能有效填充孔隙,同时与水泥水化产物发生化学反应,改变水泥土孔隙分布;掺入适量的膨润土可改善水泥土试样承强防渗效果,在固化粉土和砂土试样中膨润土的适宜掺入量分别为5%和2.5%~5%。     

海洋环境下注浆加固体的力学性能演化

为研究海水侵蚀作用对砂层注浆加固体的影响,采用自主研发的砂层渗透注浆模拟试验系统开展不同水灰比条件下的砂层渗透注浆试验。通过单轴压缩试验、直剪试验、渗透试验、扫描电镜试验等多种试验手段,研究试件在不同养护环境下的力学性能演化规律。试验结果表明,海水养护环境对于注浆加固体前期强度和抗渗性具有一定的促进作用,但随着养护时间的增长会抑制注浆加固体力学性能的提升,该过渡时间为50～90 d。试验中、后期海水环境下注浆加固体力学性能的衰减是海水中侵蚀性离子抑制注浆加固体力学性能的增长过程和促使注浆加固体力学性能劣化过程共同作用的结果。     

高分子聚合物-剑麻纤维复合加固砂土抗压特性试验研究

针对砂土容易引发工程地质灾害问题,选用聚氨酯高分子聚合物和剑麻纤维复合加固砂土,对不同固化剂含量和纤维含量复合加固砂土的无侧限单轴抗压特性进行了评价,并运用电子显微镜(SEM)分析了复合加固砂土的微观力学机理.随着固化剂含量和纤维含量的增加,砂土的弹性模量、抗压强度和韧性均显著提高,试样破坏形态随纤维含量的增加由"花瓣...     

隧道深部围岩薄弱区定域控制注浆技术及应用

为解决围岩深部注浆薄弱区加固效果差和存在较大注浆操作风险的难题,提出了定域控制注浆技术。通过对定域注浆器的安全性试验,取得了定域注浆器的抗破坏和止浆后的密闭抗压性可靠数据;通过对薄弱区的安全注浆终压选择试验,获得了满足薄弱区注浆加固质量要求的最大安全注浆终压参数;通过注浆材料及其混合浆液的初凝时间试验,获得了适合定域控制注浆要求的浆液配合比及其安全注浆初凝时间。试验结果表明:膨胀止浆塞的安全充填压力为1.5 MPa,止浆后能抵抗12 MPa的注浆压力;无压状态下溢流孔全部均匀出浆时其总过浆面积应为注浆管内径面积的1.0~1.2倍;薄弱区的安全注浆终压应选在其初期加固后的现实强度和再次劈裂压强之间,为2.5~3.0 MPa;基浆试验密度下配比范围为1∶1~2∶1,初凝时间为150~300 s是安全有效的。定域控制注浆技术在对深部围岩薄弱区的注浆加固中能达到安全隔压、控制浆液进行定域注浆的目的,能较好地解决相关技术难题。     

微生物矿化加固粉土的试验研究

目前利用微生物矿化技术胶结加固土体多采用注浆的方法,容易出现生成物分布不均匀及注浆口堵塞的问题.本文以海相粉土为处理对象,选用巴氏芽孢杆菌作为微生物,尿素和氯化钙作为胶结液,采用将菌液与粉土拌合制样,然后从表面多轮入渗胶结液的方法对试样进行整体加固.为确定试验参数,采用血球计数板法确定出菌液在土中的留存时间,通过测定流...     

注浆体渗凝过程的电化学研究

注浆的效果影响着岩土地基的工程质量,检测注浆体的渗凝效果对于评估工程稳定性具有一定参考价值。采用自主设计组装的注浆体渗凝电化学测试系统,对渗透性不同的土、细砂、粗砂试样依次进行室内注浆过程模拟和电化学测试,通过分析注浆体渗凝过程中的电化学试验数据,探究了注浆体的渗凝规律。研究结果表明:试样的电化学阻抗谱参数可以反映注浆体渗凝规律,注浆体总阻抗均值的变化可以表征浆液渗凝的时间特性,电化学阻抗谱高频弧段在阻抗实部轴上的投影参数可以较好地表征注浆体渗凝的整个过程。该研究为分析注浆体的加固与抗渗效果提供了参考。     

阳极-中间孔注浆时序对电化学加固影响的试验研究

为研究阳极-中间孔联合注浆时,不同注浆时序注入CaCl₂溶液对电化学加固效果的影响,开展了阳极-中间孔同时注入（S1）、间隔5 h注入（S2）和间隔12.5 h注入CaCl₂溶液（S3）的三组试验。通过监测排水量、电流、土体沉降和处理后土体的贯入阻力等指标,对三组试验进行对比分析。研究结果表明：阳极-中间孔联合注浆可以促进上、下半区域处理效果的均一性,推迟中间孔注浆的时间有利于提高总排水量;不同时段在中间孔注浆促进了下半区域的固结沉降,三组试验中,S2试验各点最终沉降相较于S1、S3试验更均匀。试验结束后,S2和S3组上、下半区域的贯入阻力分布范围明显大于S1组,较早在中间孔注浆,不利于上、下半区域的加固。     

钢筋网复合砂浆加固混凝土梁的裂缝和刚度计算

目的为解决钢筋网复合砂浆加固的混凝土梁的裂缝和刚度的变化问题.方法通过试验,对钢筋网复合砂浆加固的抗弯足尺混凝土梁二次受力的裂缝与挠度试验数据进行了分析,包括10根用复合砂浆钢筋网加固的加固试验梁和4根未加固的对比梁,分4组进行试验,试验的变化参数分别为原梁配筋率、加固配筋率、一次受力幅度等.结果加固梁的裂缝开展比较缓慢,裂缝呈现“细而密”的特点,加固梁的刚度得到较大的提高.结论对试验数据进行分析表明,加固措施可以提高梁的抗裂性能,显著提高梁的刚度.笔者提出的加固梁的裂缝与刚度的计算公式与试验数据吻合较好.