脲解型微生物诱导矿化沉积的研究进展

微生物矿化技术作为一种新兴绿色环保技术得到关注,其中脲解型微生物研究最常见。本文针对脲解型微生物在生物矿化方面的研究进行综述,阐述其生物矿化机理,对其生物矿化影响因素分环境因素、岩土材料特性及改良工艺三个方面展开分析。     

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 kPa。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。     

MICP浸泡方式对再生砂浆骨料的性能影响试验研究

随着人类对微生物诱导碳酸钙沉积现象的研究发展,微生物矿化沉积技术被提出用于改善再生骨料的性能。对嗜碱芽孢杆菌H4的矿化产物进行XRD及SEM分析,通过是否覆盖薄膜、改变再生砂浆骨料在溶液中的浸泡位置等试验研究MICP浸泡方式对再生砂浆骨料性能影响。研究结果表明,嗜碱芽孢杆菌H4的矿化产物为方解石型碳酸钙,氧气的存在促进了嗜碱芽孢杆菌H4矿化效果,骨料浸泡在溶液中部时嗜碱芽孢杆菌H4对再生砂浆骨料的矿化效果达到最好。     

土壤中产脲酶细菌的分离及对砂土固化效果的室内试验

微生物成矿学的最新进展表明:某些特定的微生物,可以利用周围的尿素等有机物以及钙离子源,较快生成具有胶凝性质的碳酸钙。与一般化学作用生成的碳酸钙不同,这类微生物成因的碳酸钙材料生成速度及强度可控,并可以作为黏结剂,将松散的砂粒黏结成强度及渗透性可控的人造砂砾石。从土壤中分离到了22株能产生较高活性脲酶的菌株,其中4株产脲酶活性高且具有一定诱导碳酸钙沉积能力,经鉴定分别属于芽孢杆菌(Bacillus)和芽孢八叠球菌属(Sporosarcina),并用之分别进行砂柱灌浆试验。对所获得的砂柱进行单轴压缩试验,结果表明:所得砂柱的单轴抗压强度在0.2~2.4 MPa,具有加固地基基础的应用潜力。     

新疆某地区天然强氯盐渍土的盐—冻胀力规律研究

为了研究天然强氯盐渍土的盐—冻胀力规律,采用冻融循环的方法,取不同含水率不同干密度的土样进行冻融循环试验,研究盐—冻胀力随含水率和干密度变化的规律。试验结果表明:累加的盐—冻胀力伴随着冻融循环次数的递增而逐渐增大;在含水率相同的试验条件下,随着土样干密度的增大土样的累加盐—冻胀力增加。在同一干密度的试验情况下,土试样的含水率为最佳含水率时,土样的累加盐—冻胀力到达峰值;干密度对盐—冻胀力的影响更为显著。     

边坡植被恢复中MICP表层矿化格构填土的水土保持模型试验

目前岩质边坡植被恢复常用格构内填土覆植的技术,但普通填土容易发生水土流失,因此开展了不同坡度、降雨强度、MICP表层矿化程度及植被覆盖度影响下格构梁内填土的降雨冲刷模型试验,探究利用微生物矿化填土表层进行创面植被恢复的可行性。研究结果表明：坡度的增加会加剧坡面的侵蚀,降雨强度的增加会导致填土破坏时间的提前。表层矿化作用提高坡面径流,纯填土和表层矿化填土的平均径流率分别为0.59 L/min和0.64 L/min,且表层矿化后径流更稳定,矿化作用通过加固表层土,增强填土抗侵蚀力。与纯填土相比,在降雨55 min后,有植被覆盖减少了约58%～72%的坡土侵蚀量,植被覆盖度越大坡面侵蚀模数越小,表层矿化处理后减小了约86%的坡土侵蚀量,表层矿化+植被作用减少了约99%的坡土侵蚀量,矿化作用的抗冲蚀效果优于植被作用。因此,将矿化技术联合植被作用运用于边坡创面的植被恢复,可有效降低坡面的侵蚀程度,该方法抗冲蚀效果显著,具有一定的工程实用价值。     

季冻区粉砂土冻融循环后的强度研究

粉砂土的毛细作用较发达,在季冻区冻胀现象较为显著。为进一步了解粉砂土在冻融循环后的强度变化规律,在不同试验路段选取具有代表性的土样,在最佳含水率、不同干密度的条件下进行了不同冻融循环次数的室内CBR试验,试验结果表明,各标路基土在经过冻融循环作用后CBR强度均有所降低,在第1个冻融循环的作用后CBR的衰减程度较大,经过第2、第3个冻融循环后CBR强度虽然有所衰减但衰减程度相对较小。文中的研究可为今后季冻区粉砂土路基及类似土质路基的施工和设计提供理论支撑。     

微生物注浆固化粉土矿化反应的沿程变化特性

加固土体不均匀是制约微生物注浆固土技术应用的重要因素。为揭示微生物注浆固化粉土时矿化反应过程沿渗流路径的变化规律,采用微生物一维注浆固化粉土试验,分析在不同渗径长度条件下,细菌生物量、pH值、离子浓度和碳酸钙生成量等矿化反应参数沿渗流方向的变化特性。结果表明,土体中的游离细菌生物量随着相对渗径长度增大呈指数衰减。孔隙液的pH值、游离钙离子和铵根离子浓度随相对渗径长度增大呈抛物线变化。固化土中胶结碳酸钙生成量随相对渗径长度增大而逐渐衰减,与游离细菌生物量线性正相关,并随胶结液浓度增大而增大。细菌生物量的沿程变化是影响微生物固土胶结物分布的根本原因。提出了以归一化相对渗径长度为基本参量的碳酸钙生成量沿程分布的预测公式,预测值与试验结果具有较好的一致性,可适用于不同渗径长度的微生物注浆固化粉土效果的预测。该研究能够为微生物注浆加固粉土地基的设计与施工提供参考。     

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。     

广域电磁法在强干扰碳酸盐岩矿区的应用探索

目前中国各成熟矿山大多面临浅部资源量不足的危机,对深部资源勘探的需求在不断增强。在实际勘探应用中,除了要进行大深度高精度探测,还要克服复杂地形与强电磁干扰的影响,因此对勘探技术提出了更高的要求。本文采用广域电磁法,在地形复杂且电磁干扰严重的云南某碳酸盐岩矿区开展了应用探索研究。结果认为广域电磁法在复杂碳酸盐岩矿区能够有效地压制干扰,对断层和已知矿体反映明显。据此在矿区深部圈定了可能的矿致异常,为矿区深边部找矿提供了指示方向,在复杂地形强电磁干扰的碳酸盐岩矿区开展攻深找盲探矿工作,广域电磁法能够实现高精度大深度探测,抗干扰能力强,工作效率高,可作为一种深部找探矿的技术手段。     

基于MICP的珊瑚砂砂浆裂缝自修复新型细菌载体

用以石膏为细菌载体及以乳酸钙、尿素为底物的自修复剂,基于微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术实现了珊瑚砂砂浆裂缝的自修复,验证了石膏作为细菌载体修复珊瑚砂砂浆裂缝的可行性,探讨了自修复剂配比和养护方式对自修复效果的影响,分析了裂缝区生成物的矿物成分及形态.结果 表明:掺入石膏为细菌载体的自修复剂后,试样裂缝自修复效果良...     

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。     

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。     

Assessment of the bio-cementation effect on shale soil using ultrasound measurement

The assessment of bio-cementation effect using nondestructive testing methods is important for the application of microbial-induced carbonate precipitation (MICP) technique. In this study, a special grouting system was designed to conduct the bio-grouting of shale soils on a testing model. The ultrasound technique was used to evaluate the effectiveness of bio-cementation. A method was derived to estimate the distribution of ultrasonic wave velocity values within the testing model based on the average values measured on the model surfaces. From the changes of isosurfaces of velocity values, the evolution of soil improvement within the model corresponding to the different number of grouting cycles was analyzed numerically and visually. The SEM imaging technique was used to illustrate the mechanism of influence of the calcium carbonate precipitation on the wave velocity of the bio-cemented specimen. The linear relationships were established among the ultrasonic wave velocity, unconfined compressive strength (UCS), and the amount of CaCO₃ precipitations formed in the MICP process. In combination with the application of the ultrasound measurement technique as demonstrated in this work, the relationship provides a very useful nondestructive testing tool to assess the effectiveness of bio-cementation within a large soil body.     

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。     

不同类别盐渍土特性对比分析

通过对氯盐渍土、硫酸盐渍土及碳酸盐渍土三种盐渍土的特性进行对比分析,发现其密度、液限与塑限、强度等特性与含水量和含盐量的关系极为密切,研究盐渍土的特性对解决其对工程造成的危害具有一定的指导意义。     

Experimental study on mitigating wind erosion of calcareous desert sand using spray method for microbially induced calcium carbonate precipitation

Wind erosion is one of the significant natural calamities worldwide, which degrades around one-third of global land. The eroded and suspended soil particles in the environment may cause health hazards, i.e.allergies and respiratory diseases, due to the presence of harmful contaminants, bacteria, and pollens.The present study evaluates the feasibility of microbially induced calcium carbonate precipitation(MICP)technique to mitigate wind-induced erosion of calcareous desert sand(Thar desert of Raj...     

浅谈盐渍土地区路基设计

针对目前盐渍土地区的道路设计现状,通过实际工作,论述了盐渍土地区道路设计中需要考虑的一些问题,同时提出了相应的对策,从而满足盐渍土地区路基设计要求。     

氯盐渍土的工程特性研究

对新疆地区的氯盐渍土进行了勘察和室内试验分析,该地区盐渍土的含盐量在2.87%～3.369%,pH值最大为10.42,洗盐前后的颗粒组成有着明显的不同,洗盐前黏粒含量较少。同时,含盐量对盐渍土的塑性指标影响较大,液限和塑限随着含盐量的增大有减小的趋势,含盐量为2%时液限为28.5%、塑限为16.2%;当含盐量增加到8%时,液限和塑限分别降低到24.1%和13.6%。通过剪切试验得出,含水量不变时,抗剪强度随着含盐量的增大先减小后增大,在一定含盐量下,随着含水量的增加而减小。盐渍土的溶陷系数随着初始含水量的增大而减小,随着含盐量的增加而逐渐增大。     

MICP技术对水泥基材料的改性研究

利用微生物在新陈代谢过程中发生的矿化作用,进行诱导形成碳酸钙,称之为微生物诱导碳酸钙沉积(MICP),它是一种新颖的环境友好型生物技术。在总结国内外相关资料的基础上,介绍了MICP的矿化行为及其影响因素,分析了MICP在改性水泥基材料方面的研究情况,并指出了MICP技术在水泥基材料应用中亟待解决的关键问题。