微生物固化砂土的研究进展

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)是一种新兴的土体加固改良技术,该技术具有高效、环保和经济的特点。MICP通过将微生物引入到岩土工程中,利用微生物诱导碳酸钙改善土体的物理力学性能。近年来,生物岩土技术逐渐成为岩土工程的一个热门研究方向。从微生物诱导碳酸钙沉淀的基本原理出发,归纳总结MICP反应中影响因素(细菌、营养液成分、pH、温度和固化方式)对生物固化砂土的影响,阐述生物固化土的岩土工程性质(渗透性、强度、耐久性、液化性、扫描电镜和X射线衍射微观机理)和工程应用(砂土改良、污染土修复、混凝土裂缝修复和飞尘抑制)。通过对国内外MICP方向的文献整理和归纳,探讨MICP发展方向和存在的问题。     

微生物灌浆加固可液化钙质砂地基的振动台试验研究

饱和钙质砂地基受到地震、波浪等动荷载作用时会发生液化灾害。微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)是利用细菌分解尿素结晶成矿的地基处理技术。开展了MICP灌浆加固南海钙质砂地基的振动台试验,研究了MICP加固钙质砂地基的动力反应特性及抗液化性能,并分析了振动历史对钙质砂地基动力特性的影响。结果表明:MICP加固钙质砂地基在首次振动时产生的超孔压及地表沉降发展可分为平稳振荡阶段、快速增长阶段及稳定阶段3个阶段,而对于未加固模型地基则不存在稳定振荡阶段。相对于未加固地基,MICP处理后的钙质砂地基超孔压与地表沉降均有所降低,表明加固后的钙质砂地基抗液化能力得到较大提高;另一方面,处理后的土体地表加速度峰值被放大,因此,在设计地基处理方案时,需考虑MICP加固后钙质砂地基在地震作用下产生的地表加速度放大效应。MICP胶结钙质砂的抗液化强度不仅仅与颗粒胶结强度相关,还与土体密实度及颗粒排列规律有关。振动历史提高了地基土密实度,改善了钙质砂的抗液化性能,显著降低了地基的表面沉降。     

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。     

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...     

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。     

颗粒级配对残积土MICP灌浆效果的影响评价

微生物诱导碳酸钙沉淀加固砂性土的试验研究较为丰富,但在固化崩解性软岩残积土的可行性及效果评价方面目前仍未涉及。考虑到崩解性软岩残积土与砂性土颗粒的诸多不同以及自身颗粒级配产生的差异,选用4种不同粒径范围的松散泥质软岩残积土颗粒进行微生物灌浆试验研究,并通过渗透性能、无侧限抗压强度(UCS)试验、碳酸钙生成量及孔隙率测试,分析颗粒级配对残积土MICP灌浆效果的影响;再借助于扫描电镜(SEM),观测全级配残积土颗粒表面的MICP反应效果。结果表明:不同粒径级配的崩解性软岩残积土在经过微生物灌浆处理后,其胶结效果差异明显。全级配崩解性软岩残积土灌浆过程中更易沉积具有胶结作用的碳酸钙晶体,其胶结试样力学性能较间断级配提升显著,且其孔隙率降幅和单位质量碳酸钙生成量也较大,胶结效果更佳。研究成果可为软岩弃渣填方路堤的微生物加固工程提供借鉴。     

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。     

微生物岩土技术及其应用研究新进展

微生物岩土技术主要是利用自然界广泛存在的微生物的代谢功能,与环境中其他物质发生一系列生物化学反应,改变土体的物理力学及工程性质,从而实现环境净化、土壤修复、地基处理等目的。微生物岩土技术作为岩土工程领域新的分支逐渐成为一个热门研究方向,近年来,许多学者已经开展了相关研究。为了促进该领域更加全面深入的基础研究,指导微生物技术在岩土工程中更切合实际的推广与应用,对环境岩土工程领域涉及的几种主要微生物种类、相关生物化学反应过程以及微生物作用机理进行详细的介绍与总结,并对微生物岩土技术在土体加固、岩土体抗渗封堵、金属污染土修复等方面的相关研究及应用进行了总结与评述。     

微生物诱导碳酸钙沉积胶结岩石节理的抗剪强度特性试验研究

微生物诱导碳酸钙沉积技术是一项新型的岩土加固技术,在土体加固领域已广泛应用,但是在岩体加固工程中应用还不多见。为此,以单一岩石节理为研究对象,利用类岩石模型材料制备模拟岩石节理试件,分别采用MICP方法和水泥浆对其进行加固,并通过室内直剪试验研究其抗剪强度特性,试验结果表明:(1) MICP胶结岩石节理试件峰值抗剪强度随试件养护时间呈增长趋势,但早期强度发展快,后期强度发展相对较慢;(2)与未胶结模拟岩石节理试件相比,MICP胶结岩石节理试件峰值抗剪强度增长较为显著,最大增幅可达15.3%,而与纯水泥浆胶结试件相比,MICP胶结岩石节理试件峰值抗剪强度最大增幅可达22.15%;(3)由于碳酸钙胶结层的影响,模拟岩石节理试件的剪切破坏始于节理岩壁﹣胶结层界面的剪切破坏,然后在法向应力和剪切应力综合作用下最终形成胶结层被挤压压碎、节理岩壁粗糙凸起体被剪断磨平的典型破坏特征。     

基于微生物诱导碳酸钙技术的软土地层微生物砂桩室内模型试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀技术（MICP）可有效地胶结砂土,基于MICP加固机理,研发了一套系统的微生物砂桩模型试验装置,进行了微生物砂桩的室内模型试验,探索了微生物砂桩的成桩效果,测试了其无侧限抗压强度,分析了微生物砂桩的可行性和有效性。研究结果表明：MICP技术可在软土地层中形成胶结良好的微生物砂桩,其整体性较好,无侧限抗压强度达235 kPa,破坏形态为半脆性破坏。     

Biological process of soil improvement in civil engineering:A review

The concept of using biological process in soil improvement which is known as bio-mediated soil improvement technique has shown greater potential in geotechnical engineering applications in terms of performance and environmental sustainability.This paper presents a review on the soil microorganisms responsible for this process,and factors that affect their metabolic activities and geometric compatibility with the soil particle sizes.Two mechanisms of biomineralization,i.e.biologically controlled and biologically induced mineralization,were also discussed.Environmental and other factors that may be encountered in situ during microbially induced calcite precipitation(MICP) and their influences on the process were identified and presented.Improvements in the engineering properties of soil such as strength/stiffness and permeability as evaluated in some studies were explored.Potential applications of the process in geotechnical engineering and the challenges of field application of the process were identified.     

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。     

软弱滩涂上堤基细砂垫层的适用性研究

 结合浙江省平湖市白沙湾—水口围涂一期工程实例及相应原位监测成果,从堤坝工程对砂垫层的渗透性能需求着手,探讨土工织物加筋和细砂垫层应用于软弱滩涂海堤工程的可行性。数值分析结果表明,基于对固结、变形和稳定的综合考虑,在实际选择砂源时,作为水平排水体的砂垫层渗透系数最好大于5×10－3 cm/s;土工加筋对堤基的沉降和孔压影响不大,对提高堤基的整体稳定性作用显著。当细砂垫层由于渗透系数不满足稳定要求时可采用土工织物加筋。实践结果表明,对于场地附近区域缺乏碎石料而砂源充足的软弱滩涂上的堤防工程,采用细砂作为水平排水垫层兼以土工织物加筋是可行的,所得结论和规律可为类似工程提供理论支持,并指导设计和施工。     

建设行业岩土工程五十年

本文扼要地回顾了五十年来建设行业岩土工程的主要成就,包括桩基础、地基处理、基坑支护、地下工程施工技术等;并展望未来２０年,为适应我国工程建设的需求,提出了发展土的测试技术、桩基与地基处理新技术、新工艺、新设备;完善基坑支护技术;开发利用地下空间;发展环境岩土工程和地震岩土工程;研究设计计算理论与方法等的建议。     

地下水问题在工程地质勘察中的重要性

分别从地下水与土的渗透性、岩土水理性质以及地下水引起的岩土工程危害三个方面阐述了地下水问题在工程勘察中的重要性,指出准确合理地查明地下水位,不仅可以排除地下水造成的危害,而且可以保证施工安全,应引起足够重视。     

An analytical solution for contaminant extraction from multilayered soil using PVD-enhanced system

Prefabricated vertical drains (PVDs) have been employed to enhance the in situ remediation of contaminated fine-grained soils. Subsurface heterogeneity can interfere with the distribution and extraction of contaminants during the remediation process. In the present study, an analytical solution for contaminant extraction from multilayered soil using a PVD-enhanced system is developed based on an equivalent planar two-dimensional model. The analytical solution is derived using a procedure that combines the Laplace transform, eigenfunction method and numerical Laplace inversion. The validity and accuracy of the solution are verified by comparison with an existing analytical solution and the results obtained using a numerical model. The effects of several key parameters on the performance of a PVD remediation system in a triple-layered contaminated soil are evaluated. The results indicate that the remediation efficiency for clay layers decreases with increasing hydraulic conductivity or thickness of the sand layer. The PVD remediation system may be unfeasible for contaminated sites with high subsurface heterogeneity caused by permeability contrast. The remediation process for clay layers can be accelerated by increasing the clay vertical dispersivity.     

上海浅部砂层管道渗漏引发塌陷的数值模拟

为了揭示上海市浅部砂层中因管道渗漏引发地面塌陷灾害的发展过程,采用离散元和计算流体力学(DEM-CFD)耦合的方法,对不同地下水位、不同地层中的管道发生渗漏后引发地层变形规律及水土流失规律进行研究。研究结果表明;富水粉砂层管道渗漏过程中,土体从漏点开始逐步流失,地层变形逐步向地表发展;管道渗漏过程中,地表沉降主要受影响范围为2~3倍漏点埋深;漏水流量经历快速增加进而趋于稳定的过程中,土体损失率随着渗漏时间线性发展;低地下水位时渗漏引发的地层位移发展要显著慢于高地下水位的情况;渗漏发生时,控制地下水位、改良土体性质是控制渗漏引发变形的重要手段。研究成果对管道渗漏引发地面塌陷灾害的预测预防具有一定参考意义。     

富水砂层土压平衡盾构关键施工技术

沈阳地铁二号线会展中心站一世纪广场站隧道盾构区间穿越中粗砂、砾砂层,砂性土层内摩擦角大,碴土流动性差,排土困难,地下水量丰富、水压高,因此盾构掘进控制困难,容易造成地表沉降.从土压平衡盾构的适应性、刀盘和螺旋输送机的结构、刀具的配置和加固、碴土改良措施、沉降控制方法等方面介绍土压平衡盾构穿越砂层的施工技术.在施工过程中,通过采取同步注浆、二次注浆、加强施工监测等措施保证了既有线行车安全.